高密度電法與地質(zhì)雷達(dá)在斷層及溶洞探測(cè)中的運(yùn)用探討

閉遺山

（廣西壯族自治區(qū)第四地質(zhì)隊(duì)，廣西 南寧 530031）

在地質(zhì)勘探中，斷層及溶洞的探測(cè)是較為重要的內(nèi)容之一，其中斷層的存在容易導(dǎo)致周邊巖體出現(xiàn)破壞，而溶洞對(duì)工程建設(shè)具有較大的危害。鑒于此，應(yīng)當(dāng)采取合理可行的方法，對(duì)斷層和溶洞進(jìn)行探測(cè)。高密度電法與地質(zhì)雷達(dá)均可用于斷層及溶洞探測(cè)，但兩種方法在不同的探測(cè)項(xiàng)目中效果有所區(qū)別，為提高探測(cè)效果，應(yīng)當(dāng)這兩種方法進(jìn)行合理選擇。

1 高密度電法與地質(zhì)雷達(dá)

1.1 高密度電法的原理及裝置

（1）原理。高密度電法是一種借助巖土體本身存在的導(dǎo)電性差異進(jìn)行探測(cè)的方法，它與電阻率法的原理基本相同。由于高密度電法的電極采用的是一次性布設(shè)，從而使干擾現(xiàn)象顯著減少。

（2）電極裝置。高密度電法的電極裝置為組合式剖面裝置，有些裝置能夠?qū)潭〝嗝孢M(jìn)行掃描測(cè)量，如α排列、β排列以及自動(dòng)M等，還有一部分裝置能夠?qū)ψ償嗝孢M(jìn)行連續(xù)滾動(dòng)掃描測(cè)量，如A-M、AB-MN等[1]。

1.2 地質(zhì)雷達(dá)的原理

地質(zhì)雷達(dá)簡(jiǎn)稱GPR，是一種非常先進(jìn)的電子儀器，能夠借助高頻電磁波對(duì)地下物體進(jìn)行探測(cè)。GPR本身除了具備較強(qiáng)的穿透力之外，還有非常高的分辨能力，依據(jù)電磁波一去一回之間的用時(shí)差別，能夠?qū)μ綔y(cè)目標(biāo)的埋設(shè)進(jìn)行確定，通過(guò)綜合解譯后，可以準(zhǔn)確得出探測(cè)目標(biāo)的具體形態(tài)和屬性。

2 高密度電法與地質(zhì)雷達(dá)在斷層探測(cè)中的運(yùn)用

2.1 測(cè)區(qū)概況

某測(cè)區(qū)地處XX省境內(nèi)，由相關(guān)資料可知，該區(qū)域內(nèi)的地層較為發(fā)育，并且比較齊全，構(gòu)造組合具有典型性的特征。尤其是A橋梁橋頭附近的斷層帶組合特征非常復(fù)雜，Y地一帶的斷層組合特征具有較為明顯的典型性，是開展探測(cè)研究比較理想的點(diǎn)位。

2.2 探測(cè)裝置布設(shè)

采用高密度電法對(duì)在對(duì)某個(gè)區(qū)域內(nèi)的斷層進(jìn)行探測(cè)時(shí)，可以選用WGMD-9（超級(jí)高密度電法系統(tǒng)）；在深部地層探測(cè)中，溫納裝置（α排列）的效果較好，并且能夠勘探到的有效體積相對(duì)較大，可以采集到的數(shù)據(jù)量更多。在本次探測(cè)中，GPR的探測(cè)頻率為100MHz，信號(hào)接收天線的距離為1.0m[2]。在此需要著重闡明的一點(diǎn)是，高密度電法與GPR的剖面線相一致。

2.3 斷層探測(cè)成果

2.3.1 高密度電法探測(cè)成果

（1）A橋頭探測(cè)點(diǎn)。依據(jù)探測(cè)結(jié)果，可將該測(cè)點(diǎn)的斷面分為四個(gè)帶，第一個(gè)帶的范圍從0m～50m，為低阻帶，在低阻產(chǎn)生的原因主要與強(qiáng)風(fēng)化巖層和填埋層受潮有關(guān)；第二個(gè)帶的范圍從50m～90m，巖性為中晶白云巖，巖體呈現(xiàn)為破碎狀態(tài)，有一處超低阻帶，為節(jié)理裂隙發(fā)育所致；第三個(gè)帶的范圍從90m～160m，為斷層破碎帶，存在大量的透鏡體，與斷層面接近的部位嚴(yán)重風(fēng)化；第四個(gè)帶的范圍從160m～295m，巖性為細(xì)晶白云巖，存在不均勻風(fēng)化的現(xiàn)象，深部電阻率明顯降低，主要與地下水豐富有關(guān)。

（2）Y地探測(cè)點(diǎn)。該探測(cè)點(diǎn)也分為四個(gè)帶，其中第一個(gè)帶的范圍從0m～130m，這個(gè)點(diǎn)位與實(shí)測(cè)的地質(zhì)剖面圖中的一個(gè)斷層相對(duì)應(yīng)，電阻率接近地表的位置處最高。在高于探測(cè)點(diǎn)3.0m的地方沿著斷層分布有泉眼，由此可以推斷出地層深部的超低阻與地下水有關(guān)；第二個(gè)帶的范圍從130m～155m，這個(gè)范圍內(nèi)的地層產(chǎn)狀相對(duì)比較凌亂，并且存在嚴(yán)重的破裂現(xiàn)象，有較多的透鏡體，斷面圖上可見高阻帶；第三個(gè)帶的范圍從155m～240m，與第二個(gè)帶的情況相類似；第四個(gè)帶的范圍從240m～295m，該范圍由于受到斷層本身的影響，導(dǎo)致巖石存在嚴(yán)重的破碎現(xiàn)象，低阻帶。

通過(guò)分析探測(cè)成果，能夠更加深刻地認(rèn)識(shí)到斷層的電性特征，具體如下：與圍巖相比，斷層帶為低阻，電阻率與含水量有關(guān)，構(gòu)成斷層帶的物質(zhì)對(duì)電阻率的大小具有一定的影響。

2.3.2 地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)成果

（1）A橋頭探測(cè)點(diǎn)。依據(jù)地質(zhì)雷達(dá)對(duì)該點(diǎn)位的探測(cè)結(jié)果，可將該探測(cè)點(diǎn)的剖面劃分為以下五個(gè)異常段，第一個(gè)異常段的范圍從0m～25m，這個(gè)范圍頂部的反射波組的連續(xù)性比較差，表明該段內(nèi)的巖土完整性一般，反射波的波形相對(duì)比較微弱且非常細(xì)密，由此可以推測(cè)出地表存在較為強(qiáng)烈的風(fēng)化現(xiàn)象。該范圍深部的反射波連續(xù)性較好，波形寬緩，視電阻率＜268Ω·m；第二個(gè)異常段的范圍從25m～90m，與實(shí)測(cè)剖面中的斷層角礫巖帶相對(duì)應(yīng)，該段的反射波連續(xù)性較差，波形凌亂，并且較為細(xì)密，底部無(wú)反射波；第三個(gè)異常段的范圍從90m～120m，該段內(nèi)的反射波具有強(qiáng)弱相間的特點(diǎn)，反射相對(duì)比較強(qiáng)烈，波形寬緩；第四個(gè)異常段的范圍從120m～130m，該段的情況與第二段相類似；第五個(gè)異常段的范圍從130m～175m，該段130m與斷層的上盤斷面相對(duì)應(yīng)，在0m～12m的深度內(nèi)，反射波較為強(qiáng)烈，具有非常明顯的波形，由此表明，斷層上部的含水量較少。而在12m以下的深度內(nèi)，電磁波出現(xiàn)快速衰減的現(xiàn)象，底部無(wú)反射波。

（2）Y地探測(cè)點(diǎn)。依據(jù)地質(zhì)雷達(dá)對(duì)該點(diǎn)位的探測(cè)結(jié)果，可將該探測(cè)點(diǎn)的剖面劃分為以下四個(gè)異常段：第一個(gè)異常段的范圍從0m～120m，這個(gè)范圍內(nèi)的反射波組具有光滑、平行的特點(diǎn)，由此表明，巖體相對(duì)比較完整；第二個(gè)異常段的范圍從120m～135m，這個(gè)范圍與實(shí)測(cè)剖面當(dāng)中的一個(gè)斷層相對(duì)應(yīng)，反射波組的產(chǎn)狀具有陡傾的特點(diǎn)，且強(qiáng)度變化相對(duì)較大，穩(wěn)定性差，存在局部繞射；第三個(gè)異常段的范圍從135m～160m，這個(gè)范圍的反射波比較微弱，電磁波的衰減情況約等于0，由此能夠判斷出該地層的含水量比較少，視電阻率最高可以達(dá)到1800Ω·m；第四個(gè)異常段的范圍從160m～220m，從地質(zhì)雷達(dá)獲得的剖面圖中能夠看到斷層位置的反射波情況，即局部陡傾和繞射，呈現(xiàn)出不規(guī)則的形態(tài)。在深度0m～12m的范圍內(nèi)，反射波較為強(qiáng)烈，表明斷層帶的上部位置含水量比較少；深度12m以下，反射波變得越來(lái)越細(xì)，接近底部時(shí)，基本無(wú)反射波，由此說(shuō)明斷層帶的下部含水量比較高。

通過(guò)對(duì)上述點(diǎn)位的探測(cè)成果進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，地質(zhì)雷達(dá)雖然也能對(duì)區(qū)域內(nèi)的斷層進(jìn)行探測(cè)，但與高密度電法相比，它的效果并不顯著，尤其是巖性較為相近的地層，雷達(dá)圖像中的特征不太明顯，只有在斷層帶存在嚴(yán)重的破碎或是含有一定水分時(shí)，才會(huì)有比較明顯的特征。鑒于此，在斷層探測(cè)中，推薦使用高密度電法。

3 高密度電法與地質(zhì)雷達(dá)在溶洞探測(cè)中的應(yīng)用

溶洞分為兩種情況，一種無(wú)充填，另一種是充填，在地質(zhì)勘測(cè)中，無(wú)充填的溶洞較為常見。因此，下面選取相關(guān)工程實(shí)例，應(yīng)用高密度電法與地質(zhì)雷達(dá)對(duì)工程地質(zhì)中的溶洞進(jìn)行探測(cè)。

3.1 高密度電法在溶洞探測(cè)中的應(yīng)用

3.1.1 測(cè)區(qū)概況

某隧道位于XX省境內(nèi)，總長(zhǎng)度約為525m，隧道進(jìn)口為溶蝕洼地，從一條山脊中穿過(guò)，隧道出口為巖溶洼地斜坡帶，在坡上有著較為稀疏的植被。該隧道區(qū)域內(nèi)多年無(wú)地表水，地下水沿節(jié)理裂隙向深部運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)移，巖溶以豎向發(fā)育為主。

3.1.2 探測(cè)成果

從高密度電法探測(cè)到的斷面中能夠看到，在斷面上各個(gè)異常點(diǎn)均具有可追蹤性，由踏勘及開挖揭露對(duì)剖面進(jìn)行解譯，統(tǒng)計(jì)出主要的異常點(diǎn)及其視電阻率和特征，如表1所示。

表1 探測(cè)斷面異常點(diǎn)統(tǒng)計(jì)情況

從表1中得到的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)果能夠看出，地質(zhì)體具有非常明顯的電性特征，不同的溶洞視電阻率值具有明顯的差別。按照后期對(duì)隧道進(jìn)行開挖驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，高密度電法在隧道溶洞探測(cè)中的效果較為明顯，能夠?yàn)槭┕ぬ峁┲笇?dǎo)依據(jù)。

3.2 地質(zhì)雷達(dá)在溶洞探測(cè)中的應(yīng)用

3.2.1 測(cè)區(qū)概況

選取某隧道中的一個(gè)標(biāo)段，應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)對(duì)溶洞進(jìn)行探測(cè)。由相關(guān)資料可知，該隧道區(qū)域內(nèi)的巖性以白云質(zhì)灰?guī)r為主，在整個(gè)測(cè)區(qū)內(nèi)均有分布。測(cè)區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造相對(duì)比較簡(jiǎn)單，即單斜，溶蝕峰叢-槽谷地貌；地下水以孔隙水為主，還有部分裂隙水和巖溶水，降雨會(huì)對(duì)地下水進(jìn)行補(bǔ)給。

3.2.2 探測(cè)成果

利用地質(zhì)雷達(dá)對(duì)該隧道的左邊墻進(jìn)行剖面圖采集，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)開挖結(jié)果可知，為無(wú)填充溶洞，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)探查，溶洞非常深。從雷達(dá)剖面圖中能夠看到，在測(cè)深為5.0m～16m的位置，能夠追蹤到強(qiáng)反射波，波形為雙曲線，局部起伏且存在中斷的現(xiàn)象。在一定深度內(nèi)見強(qiáng)烈的反射波組，具有局部起伏、中斷的現(xiàn)象，波形特征與5.0m～16m位置處大致相同，表明二者存在共同屬性。

3.3 探測(cè)對(duì)比

在上文中分別采用高密度電法和地質(zhì)雷達(dá)對(duì)無(wú)填充溶洞進(jìn)行探測(cè)，對(duì)得到的數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行處理分析，由后續(xù)的實(shí)際開挖證明，兩種方法都能準(zhǔn)確探測(cè)出溶洞。但高密度電法的分辨率比地質(zhì)雷達(dá)低，并且無(wú)法對(duì)體積較小的溶洞進(jìn)行準(zhǔn)確反映。因此，建議在溶洞探測(cè)中，將地質(zhì)雷達(dá)作為首選方法。

4 結(jié)論

綜上所述，斷層及溶洞探測(cè)一項(xiàng)較為復(fù)雜且系統(tǒng)的工作，為提高探測(cè)效果，應(yīng)當(dāng)選擇適宜的方法。本文對(duì)高密度電法和地質(zhì)雷達(dá)在斷層及溶洞探測(cè)中的運(yùn)用進(jìn)行分析。結(jié)果顯示，高密度電法更適用于斷層探測(cè)，而地質(zhì)雷達(dá)則比較適用于溶洞探測(cè)。