高密度電法在某公路巖溶路基勘察中的應用

黃 斌

（廣東省交通規劃設計研究院集團股份有限公司，廣東 廣州 510507）

0 引言

隨著高速公路工程項目的增多，路基巖溶問題日益凸顯，常規勘察以地面調繪結合地質鉆探為主，該工作模式對地下巖溶調查具有較大的局限性，首先，調繪只能調查地表巖溶形態，鉆探雖能探查地下巖層，但是灰巖區巖溶發育極不規律，鉆孔一孔之見的弊端使其無法調查清楚地下巖溶的分布及形態。物探作為一種面狀探測方法，在路基巖溶勘察中具有重要的作用，結合地質調繪及地質鉆探能使其發揮最大作用，提高路基巖溶勘察的效率和準確性。

1 工程案例

1.1 工程概況

連州某高速公路連接線路基開挖過程中發現多處溶洞，為確保公路路基的安全穩定，遂進行路基巖溶勘察。

1.2 工程地質條件

路基段屬喀斯特地貌，原地形起伏較大。由于已經進行施工，測區地勢平坦。據已有地質資料及實際開挖情況反映，場地內主要分布灰巖，存在隱伏巖溶不良地質作用。

路基段地層巖性主要由第四系松散沉積層、上泥盆統榴江組（D3）灰巖組成。地層巖土性特征分述如下所述。

第四系（Q）：主要分布于丘陵表部，按成因類型、土性組合特征概述如下：1）坡積層（Qdl）：灰黃色，主要由粉質黏土組成。2）殘積層（Qel）：灰黃色，主要由粉質黏土組成，隨機發育土洞。3）場區內基底地層為上泥盆統榴江組（D3）灰巖、白云質灰巖，巖溶隨機發育。4）地下水類型為第四系松散層孔隙潛水和巖溶裂隙水、巖溶水。以大氣降水及側向逕流為主要補給來源。地下水以側向逕流及蒸發為主要排泄途徑。地下水埋藏較深，勘察期間，未見地下水。

2 高密度電法工作方法

高密度電法的基本原理與傳統的電阻率法完全相同（即采用一定的電極裝置，向地下發送人工直流電場，通過儀器接收直流電場流經地下不同地質體的電場信息，并對接收到的直流電場流經地下不同地質體的電場信息進行處理、分析解釋，從而達到解決地質或工程問題的目的），所不同的是高密度電法在觀察中設置了較高密度的測點，它實際上是一種陣列勘探方法，現場測量時，只需要將全部電極設置在一定間隔的測點上，然后進行觀測。在測量方法和儀器上采取了一些有效設計，使數據采集系統有較高的精度和較強的抗干擾能力，從而獲得較為豐富的地質信息。它可以同時完成縱、橫二維的過程，即同時完成了電測剖面和電測深2種形式的測量。在資料解釋過程中，可采用多參數綜合解釋，因此，該方法集錦了常規電阻率的優點，彌補了常規電阻率法觀測和解釋中的不足[1]。

2.1 測線布設

在該勘察過程中，路基共布設6條測線，測線編號從左至右分別為L7～L13，測線間距為3 m，每條測線為120道，測點距為1 m，測線長為119 m。測線布置如圖1所示。

圖1 路基段高密度電法測線布置平面圖

2.2 場區地球物理條件

場地的巖土體電性較復雜，第四系的電阻率值一般為n×10 Ω·m，由于地面出露基巖且風化破碎，導致表層覆蓋層電阻率值可能為n×103Ω·m；下伏基巖的電阻率值一般在n×103～n×104Ω·m；如果溶洞且充滿空氣，其電阻率值表現為相對極高值，一般大于n×104Ω·m；如果溶洞含充填物，尤其是充水的情況下，其電阻率表現為相對極低值，一般小于50 Ω·m，甚至小于10 Ω·m。

2.3 成果解釋

該勘察物探先行，先對場地進行物探測量，反演之后圈閉物探異常帶，再在異常帶上布置鉆孔進行驗證，進而提高勘察效率和勘察準確性。

測線L7:在里程K1+448～K1+453高程163 m～156 m段出現極低阻異常團暈，阻值小于50 Ω·m，驗證鉆孔LJBZK5在高程164.4 m～160.4 m揭露溶洞，推測該異常區為巖溶發育區，編號為2-1_rd。測線L7高密度電法勘查成果圖如圖2所示。

圖2 測線L7反演剖面及地質解釋剖面

測線L8:在里程K1+446～K1+451高程163 m～157 m段出現極低阻異常團暈，阻值小于50 Ω·m，驗證鉆孔LJBZK5在高程164.4 m～160.4 m揭露溶洞，推測該異常區為巖溶發育區，編號為2-1_rd。測線L8高密度電法勘查成果圖如圖3所示。

圖3 測線L8反演剖面及地質解釋剖面

測線L9:該測線未發現明顯異常，測線L9高密度電法勘查成果圖如圖4所示。

圖4 測線L9反演剖面及地質解釋剖面

測線L10:該測線未發現明顯異常，測線L10高密度電法勘查成果圖如圖5所示。

圖5 測線L10反演剖面及地質解釋剖面

測線L11:在里程K1+459～K1+464高程167 m～163 m段發現相對低阻異常團暈，阻值小于160 Ω·m，驗證鉆孔LJBZK8未揭露溶洞，異常深度處巖芯較完整，異常應為巖體相對完整導致，異常編號2-3；在里程K1+466～K1+478高程165m～159 m段發現極高阻異常團暈，阻值大于14 000 Ω·m，驗證鉆孔LJBZK9未揭露溶洞，異常深度處巖芯節理裂隙發育且未見地下水，高阻異常應為節理裂隙導致，異常編號為2-4。測線L11高密度電法勘查成果圖如圖6所示。

圖6 測線L11反演剖面及地質解釋剖面

測線L12:在里程K1+453～K1+456高程162 m～159 m段發現極低阻異常團暈，阻值小于50 Ω·m，驗證鉆孔LJBZK6在高程167 m～166.4 m段揭露溶洞，推測該異常區為巖溶發育區，編號2-5_rd；在里程K1+472～K1+478高程164m～160 m段發現極高阻異常團暈，阻值大于15000Ω·m，驗證鉆孔LJBZK9未揭露溶洞，異常深度處巖芯節理裂隙發育且未見地下水，高阻異常應為節理裂隙導致，異常編號為2-4。測線L12高密度電法勘查成果圖如圖7所示。

圖7 測線L12反演剖面及地質解釋剖面

測線L13:在里程K1+420～K1+425高程159 m～157 m、里程K1+434～K1+441高程161 m～158 m、里程K1+455～K1+459高程163 m～158 m發現極低阻異常團暈，阻值小于50 Ω·M，對應驗證鉆孔LJBZK3、LJBZK4、LJBZK6皆揭露溶洞，推測該3處異常區為巖溶發育區，編號分別為2-6_rd、2-7_rd、2-5_rd；在里程K1+469～K1+471高程165m～163 m處發現相對低阻異常，驗證鉆孔LJBZK9未揭露溶洞，異常深度處巖芯裂隙發育，高阻異常應為節理裂隙中風化灰巖導致，異常編號為2-4。測線L13高密度電法勘查成果圖如圖8所示。

圖8 測線L13反演剖面及地質解釋剖面

3 結論

該高密度測試采用測網形式進行探測，能夠較為準確地劃分異常區域，各測線電阻率一致性條件較好。

根據物探解譯成果，路基段共劃分出7處異常區。在異常區進行鉆探驗證，根據鉆探結果，這7處異常區有4個異常區內鉆孔揭露溶洞，異常區編號為2-1rd、2-5rd、2-6rd、2-7rd，這4處鉆探揭露為黏性土充填溶洞，黏性土電阻率與周圍灰巖相比為相對低阻，根據探測結果，高密度電法對充填黏性土的溶洞探測效果良好；有3個異常區鉆探無揭示溶洞，異常編號分別為2-2、2-3、2-4，這3處異常皆為高阻異常，根據鉆孔巖芯揭示，該3處異常對應深度段的巖芯節理裂隙發育，且該場地地下水埋藏深，巖石裂隙中無地下水及其他充填物，裂隙相對周圍圍巖表現為相對高阻，其與無充填溶洞作用于電阻率的效果相似，因此該探測對于無充填溶洞的預判存在不確定性。

該路基巖溶的勘察表明，高密度電法在巖溶勘察中具有良好的效果，可以較為清楚地劃分巖溶分布區域，并且了解地質鉆孔布孔，鉆探驗證后又可提高物探解釋精度，將2種方法結合，可使路基巖溶勘察準確高效。

高密度電法與地質鉆探相結合的方法探查路巖溶具有良好的應用價值，值得大規模推廣。