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