高密度电法在岩溶勘察中的应用——岩溶地球物理特征.doc

PAGE PAGE 1 高密度电法在岩溶勘察中的应用 李 攀 鲁志强 孙英勋 (云南省公路规划勘察设计院 昆明 650011) 1 前言 云南是个可溶岩分布较广的省份，各种类型的岩溶地貌及岩溶现象广泛分布于山间、河谷、盆地之中。近年来，随着云南公路建设的快速发展，岩溶作为一种典型的不良地质现象，其在施工建设中的危害越来越明显地显现出来，因此，在公路工程勘察阶段，对岩溶勘察的要求也越来越高。但是，由于岩溶发育的不确定性及隐蔽性，岩溶勘察的难度非常大，仅靠钻探手段已经很难达到要求。一方面，钻孔的布设存在一定的盲目性，局部岩溶发育地段可能会被遗漏；另一方面，发现有岩溶分布的地段，也很难探明其规模、形态及分布规律。因此，非常需要一种快速、高效、经济的勘察手段，对岩溶勘察中的钻探工作进行前期指导和后期补充。 自2000年8月我院引进DUK-1型高密度电法测量系统以来，先后在嵩明～待补、昆明～石林、砚山～平远街、曲靖～胜境关四条高速公路的岩溶发育路段，采用高密度电法开展岩溶勘察工作，取得了较好的地质效果。 2 地质及地球物理特征 2.1 地质特征 可溶岩在云南主要分布于滇东、滇东南及滇东北地区，其它地区分布相对少些，其岩性基本上都是碳酸盐岩，常见的有灰岩、白云岩、白云质灰岩、泥灰岩等。其上覆地层多为红粘土，很多情况下，基岩可能直接出露或断续出露。同时，岩溶的发育通常与地质构造或地层变化有着紧密的联系，受构造带和地层接触带的影响，岩溶发育区的岩石节理裂隙一般比较密集，地层较破碎。 2.2 地球物理特征 2.2.1 电性特征 灰岩、白云岩电阻率通常比较高，一般在2000～8000Ωm之间，最高可达20000Ωm，泥灰岩电阻率相对较低，但一般也大于600Ωm。随着岩石节理裂隙发育程度、破碎程度、岩溶发育程度的增强，填充物含量的增加，电阻率呈急剧下降趋势，最低可降至100Ωm以下。这种差异，为利用电阻率法进行岩溶勘察提供了必要的物性前提。 对于无充填的溶洞，一般认为其电阻率比基岩电阻率高，但据笔者多年的工作经验，虽然空洞本身电阻率较高，但由于溶洞的形成与节理裂隙发育、地下水的活动等因素有关，加上溶洞洞壁通常存在较厚的钙华层及钟乳石等低电阻物质，因此，除非是大型、特大型溶洞，大多数空洞由于低阻屏蔽的影响，一般仍然为低阻反应。由于可溶岩本身电阻率较高，在此基础上查找出明显的高阻异常通常比较困难，因此，溶洞的上述电性特征，为电阻率法的应用提供了有利的物性前提。 2.2.2 异常特征 根据上述的电性特征分析，不难看出，岩溶最基本的异常类别有低阻异常和高阻异常两大类，其中，主要的是低阻异常。 根据岩溶形成过程中地下水的走向，岩溶分为垂直岩溶和水平岩溶两大类，垂直岩溶主要有石芽、溶沟、溶槽、岩溶洼地、岩溶漏斗、落水洞、岩溶竖井等，水平岩溶为溶洞。不同的岩溶形态，其异常形态也各自不同。同时，异常形态还受其上覆地层厚薄变化的影响，而有所不同。 公路工程地质勘察所研究的岩溶，深度一般不超过20米，桥位勘察一般也不超过30米。在此深度范围内，所遇到的岩溶现象大多数为垂直型岩溶，只有少部分是水平岩溶。而作为不良地质勘察，岩溶勘察主要的勘察对象是岩溶漏斗、落水洞、岩溶竖井和溶洞。 一般来说，岩溶漏斗的异常特征通常为倒三角低阻异常，落水洞和岩溶竖井一般为直立或倾斜型带状低阻异常，而溶洞则为封闭的或是深部的低阻异常或高阻异常。同时应该看到，任何岩溶现象都不会孤立存在，而通常是相互关联的，比如落水洞局部的水平溶蚀就会形成溶洞。因此，对于工作中发现的异常，不能机械地进行“一对一”的解释。 3 方法概述 我院所使用的高密度电法测量系统，其实质为高密度直流电阻率测量，一个排列最多可打60根电极。根据不同的需要，有9种不同的测量装置可供选择。讫今为止，我们试用了温纳、微分、施贝、偶极四种装置，发现温纳装置效果是最好的，其它装置受地表不均匀、旁侧干扰等因素影响较大，效果不甚理想。 温纳装置是不同深度的对称四极剖面装置，设备允许的最大隔离系数为16，点距可根据勘探深度和密度需要自由选取，我们一般选2～5米。 在野外工作中，高密度电法具有快速、高效、经济的特点，一般情况下，一个工作日可完成5～8个排列的野外测量工作，采集2500～3500个数据。 数据处理工作采用专门的软件完成，先进行突变点剔除工作，再根据需要，进行数据圆滑处理和地形改正，最后通过剖面反演，绘制出电阻率成像剖面图。 4 资料成果解释 4.1 定性解释 在电阻率成像剖面图绘制完成后，即可在剖面上圈出异常区和正常区。如上所述，我们研究岩溶，主要是研究低阻异常。所以一但发现低阻异常出现时，就应该对其加以分析、鉴别和解释，以便将非岩溶所致的低阻异常加以排除。在此过程中，必须进行认真的地质调查和