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案例二:高密度电阻率法在岩溶勘察中的应用

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1 案例二:高密度电阻率法在岩溶勘察中的应用
1 前言 云南是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。

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5 2 岩溶地质及地球物理特征 2.1 地质特征 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。

6 2.2 地球物理特征 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。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。

7 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。
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,不同的岩溶形态,其异常形态也各自不同。而且,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,深度较浅(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。

8 岩溶漏斗的异常特征: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。

9 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研究,在有钻孔资料的情况下,应该仔细对照钻孔资料。如果发现非常明显的高阻异常,则建议钻孔揭露验证,以便确定是大型空洞还是完整基岩。 对已确定的岩溶异常,根据其形态,结合地质调查和分析,对其类别、形态和发育规律作出定性描述。

10 4.2 异常验证 对发现的异常,建议布设钻孔进行揭露和验证,以便为整个测区的异常解释提供可借鉴的地质依据。对于已有钻孔控制的测区,勘探线应尽可能穿过钻孔位置,以便于异常的对照和解释。

11 应用实例一 嵩明~待补高速公路 2000年8月~9月 点距:5米, 最大隔离系数为10, 108个排列

12 K34+890~K35+035 从高密度电阻率成像剖面图上看出,K34+930~+960存在明显的直立带状低阻异常,据此推断落水洞存在,并提供了其分布位置,为工程施工提供了依据。

13 凹陷 K95+450~K95+585 实地K95+530~+565一段为凹陷地形,上覆亚粘土。在勘察前,该路段已作过钻探工作,未发现落水洞,但并不能因此确定落水洞不存在。作过高密度电法工作之后,上述地形凹陷地段仅发现倒三角低阻异常,因此推测其下部落水洞不发育,为岩溶漏斗。与此同时,在K95+480~+500发现直立低阻异常存在,结合实地情况,推测垂直节理裂隙发育,并可能伴生小规模落水洞。

14 K ~K 实地K ~+100一段灰岩直接出露地表,但电阻率成像剖面上,K ~090下部却发现明显的低阻异常存在,据此推测,其下部水平岩溶发育强烈。结合实地调查,同时推测上部应该存在地下水向下流动的通道,因此推断上部垂直岩溶发育。施工开挖结果证实,在此路段,存在多处岩溶竖井,最深的超过10米。

15 应用实例二 昆明~石林高速公路 K67+430~K67+555 实地在K67+460、K67+520两处有轻微塌陷现象,但无法确定其性质及规模。在电阻率成像剖面上,分别于K67+455~+488、K67+520~+532发现两处低阻异常,总体上两者均呈直立状,且发育较深,推测为垂直岩溶(落水洞、竖井)发育地段,同时局部及深部伴随水平岩溶发育。

16 洼地 K74+740~+835 勘察目的:查明洼地覆盖层以下岩溶发育状况。 测量结果:在洼地中央未发现任何异常,而在洼地边缘却发现多处异常,本剖面K74+800~+830的异常即是其中之一。该异常为缓倾斜产出,推测为垂直岩溶与水平岩溶混合发育地段。 钻探结果,在上K74+805左10米、上K74+815左6.5米发现洞径分别为1.9米和2.5米的溶洞,埋深分别为11.5米和9.5米,与异常位置基本吻合。

17 应用实例三 砚山~平远街高速公路 K23+410~K23+490
应用实例三 砚山~平远街高速公路 K23+410~K23+490 观测结果,发现K23+440~+470一段存在明显的倾斜状产出的低阻异常,该异常在左5米的纵剖面上反应尤其明显。通过调查发现,该路段四周落水洞较多,K23+440左10米处就有一个出露,该落水洞与剖面上所见异常产状基本一致。因此推断,异常即为该落水洞的反应。

18 应用实例四 曲靖~胜境关高速公路 K40+600~K40+740(左10米)
应用实例四 曲靖~胜境关高速公路 K40+600~K40+740(左10米) 在剖面K40+600~+740发现明显的低阻异常大量分布。结合地表多处有落水洞揭露的情况,推测该路段为岩溶强烈发育地段,上部以垂直岩溶(落水洞)为主,下部主要为水平岩溶,各落水洞、溶洞之间连通性较好。钻探验证结果,与上述推测基本一致。

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20 高阻异常区 勘察工作中,K40+450~+550路段发现明显的高阻异常反应,最高电阻率高达25000Ωm。初步推断该路段或者基岩非常完整,或者存在较大规模的空洞。由于测区地处构造带附近,经过分析,认为基岩非常完整的可能性不大,但也不能完全排除。因此建议以钻孔揭露进行验证。大量钻探的结果,证实该路段为完整基岩路段,未发现任何岩溶迹象。 经验:对于高阻异常区,只要进行少量的钻探验证工作,即可查明岩溶分布情况,即或者有大型或特大型溶洞,或者岩溶不发育。

21 1、高密度电阻率法是一种快速、高效、经济的岩溶勘察手段;
2、高密度电阻率法的成果资料定性解释简单、直观、明了,在结合地质调查、钻探资料及其它物探手段的基础上,可作出半定量~定量解释; 3、研究岩溶异常应以低阻异常为主; 4、高密度电阻率法资料所作的解释以宏观解释为主,不能和具体某种岩溶现象完全等同; 5、对所发现的异常,应当进行适量的钻孔验证; 6、高密度电阻率法可广泛应用于初勘阶段的岩溶勘察,在详勘阶段,该手段则可对钻孔资料起到一种有益的补充和完善作用。

22 案例三: 益阳市永申垸堤防隐患探测 1. 绪 言 DUK-1型高密度电法测量系统 三极测深方案 选定电极距为 1.5米, 测量层数为16层
案例三: 益阳市永申垸堤防隐患探测 1.   绪 言 DUK-1型高密度电法测量系统 三极测深方案 选定电极距为 1.5米, 测量层数为16层 I 1 2 3 4 5 6 7 8 9 无穷远 U

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24 sa剖面图 sb剖面图 sab剖面图 1号剖面图

25 sa剖面图 sb剖面图 sab剖面图 2号剖面图

26 (1).根据视电阻率值在垂向上的变化趋势,在宏观上由地表至深部,大致可划分为两个电性层,上部浅层中除局部地段因人工设置的预埋物造成电性变化较大之外,通常的视电阻率值多在55 – 85 Ω.m 之间,呈层状分布特点;深部的视电阻率值多在100Ω.m 以上,呈相对高阻的特点;电阻率值在横向上连续性好,其变化相对浅部变化较小,具有层状地层的电性特征。 (2).在浅部的电性层中,局部视电阻率异常大体上分成三类:一类是明显的高阻体,这类异常占极少数,且埋深很浅;第二类是明显的相对低阻体,这类异常大多具有规模较大,且相对埋深较大;第三类是弱的低阻体,且埋深多数较大。上述三种电阻率异常应与局部的地质体(或人工预埋物)的导电性差异及规模大小密切相关。

27 sa断面图 sb断面图 1号剖面反演结果图

28 (1). 在0—95米之间,堤基粉砂质粘土层与砂砾层的界面深度平均为12米,其界面由小号点向大号点方向缓倾,深度略有增大;在100—161米之间,平均深度为13.6米;最大深度在154—156米之间,深度达18米左右;由162—189米之间深度又变小,深度在10—11米左右。   (2).在22.5米、61米分别有一高阻体,这两个高阻体中,前者有可能为一段空心水泥管,其长度较长,埋深在1.5米以内,因而造成电阻率值在其两侧剧变,并形成高阻屏蔽效应;后者有可能为石块充填,其长宽比较前者要小,其深度也在1.5米左右;

29 sa断面图               sb断面图 在99 – 189 米之间,有七处明显梯度变化的局部低阻异常体,其中在183 – 184 米之间视电阻率值最小可达2 Ω.m 。由于强的低阻体的存在,从而导致明显的低阻屏蔽效应,推测在地表以下约1米深处有一金属物存在。 2号剖面反演结果图


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