超级高密度电法在某建设场地浅层岩溶探测的应用

超级高密度电法在某建设场地浅层岩溶探测的应用

黄振干 

广西壮族自治区第四地质队 广西南宁 530031

一、 区域地质背景

勘查区位于广西南丹县六寨属黔南溶原前缘地段，为峰丛峰林洼地地貌，溶峰岩性为灰岩，浅灰-灰白色、中至中厚层状，为中等岩溶化坚硬岩组，破碎、溶蚀现象明显，面岩溶率达37.22%；洼地内红粘土厚度浅，灰岩石芽出露。地下水丰富，4.66公顷工作区内踏勘发现四个溶潭、落水洞，均有地下水分布，地下水位一般在地表下3-4米。本次工作目的是大致查明勘查区范围内岩溶、构造及地下水系等分布地质情况,为下一步建设场地确定总平面图及后续工作提供地质依据。

二、 工作原理及方法

灰岩、白云岩电阻率通常比较高，一般在1000～8000Ωm之间，最高可达20000Ωm，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。而红粘土电阻率与含水量有关，变化比较大，一般低于1000Ωm，本场地土壤湿润，地下水位高，因此红黏土电阻率较低,可能低于100Ωm。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。

仪器是由澳大利亚ZZ Resistivity Imaging生产的FlashRES 64多通道超高密度直流电法勘探系统。

超高密度电阻率法的数据采集过程全部自动化。程序自动将每个排列的64个电极分为奇数组32个（1、3、5、……61、63）和偶数组32个（2、4、6、……62、64）两组，然后在这两组电极中各选取一个做为供电电极A和B，在一次通电过程中同时测量其它电极相对于某一电极M的电位差（如下图所示），就可得到61个电位差（MN1、MN2、MN3……MN60、MN61）数据。而奇数组32个电极和偶数组32个电极互相配对（即全排列）做供电电极，即做一个排列就有32×32＝1024次供断电过程，每次供电可同时采集61个电位差数据，所以总的数据量应为32×32×61＝62464个。

图1 仪器数据采集方法示意图

受于场地限制，测区布置了北东向测线11条，北西向测线4条，剖面编号分别为1、2、3、4、5、6、7、8、11、9、10、11以及Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，布置情况下图所示。完成实物工作量为地表岩溶现象调查4.66公顷，高密度测量3.18公里。

图 2物探工作部署图

三、勘查成果解释推断

本次高密度测深工作共布置了15条剖面，获得15个电阻率反演断面图。按照由已知到未知，有简单到复杂的原则，结合工区地质水文条件特点，综合解释如下：

图 3物探3线电阻率反演断面图（长度单位：米；电阻率单位：Ωm）

3线：本剖面大部分为红黏土出露，北东段有灰岩出露，根据剖面整体形态及现场综合分析，认为电阻率值1000Ωm等值线附近为完整岩体顶界面，埋深为0至12米，该界面以上为红黏土、石灰岩石芽或较破碎的岩体，裂隙间充水。3线82米附近有一落水洞，洞口近南北走向，长约5米，宽约两米，水面在地表下3至4米，标记为R1。对比电阻率反演图，82米点附近地表附近表现为高阻，符合空洞为高阻的特点；随深度增大电阻率并未相应的降低，推测该点下方当前并无大量水体。

该剖面50米附近有一明显倒三角形低阻，中心为测线50米、深度24米，因探测深度局限，未能探测到其底界，但依其形态推测为一软弱带，裂隙岩溶发育，整体呈近南北走向，标记为F1。

图 4物探7线电阻率反演断面图（长度单位：米；电阻率单位：Ωm）

7线：土岩分界面一般在地表下十米附近。上层为含水粘土，石芽，可能存在蜂窝状溶洞或破碎灰岩；下层为较完整灰岩。70米附近两侧均发现落水洞，标记为R2、R3；水面在地面下约3米，水深约10~30cm,水面宽1~2米，流速十分缓慢，出露的水体小，根据电阻率反演剖面图，推测该溶洞地下亦无大型水体。

图 5物探Ⅱ线电阻率反演断面图（长度单位：米；电阻率单位：Ωm）

Ⅱ线：完整灰岩面在地表下8米左右。本测线254米处踏勘发现一溶洞，水位在地表下4米左右，出露面积约为3平方米，水深约30cm，标记该溶洞为R4。对比电阻率剖面图，254米附近地表高阻对应R4上方破碎灰岩出露。往大米数方向以测线290米、深度35米为中心，有一直径约40米的圆形低阻异常，根据其形态判断为一软弱破碎带，标记为F2，岩溶发育，再结合R4水流方向，判断这两个岩溶联通。又结合8线剖面推测，Rb长轴方向为南西向，但规模有所减小。该异常上覆高阻值不高，推断为较破碎灰岩。

总结以上三条测线的成果规律，并根据现场情况判断，本场地粘土层电阻率值小于100Ωm，完整灰岩体电阻率值大于1000Ωm，而他们之间是石芽、破碎状灰岩、滚石和粘土的混合层，电阻率介于100~1000Ωm之间。粘土层厚度一般为10米，灰岩面与粘土层交界面的凹陷处较可能发育岩溶。

图 6物探1线电阻率反演断面图（长度单位：米；电阻率单位：

Ωm）

图 7物探2线电阻率反演断面图（长度单位：米；电阻率单位：Ωm）

1线和2线：两条线电阻率整体趋势一致，均为东高西低。东部电阻率整体较低，但是与之相交的Ⅱ线、Ⅲ线在该区域并未表现出低阻，明显的各向异性显示该区域层理裂隙发育，裂隙间充水，电流沿层理方向导通，垂直层理不导通。但是西部与Ⅳ线相交部位附近形成破碎，推测此处即为两山之间主要的的水流通道，溶洞较发育，沿着Ⅳ线往南走,经过3线软弱破碎带F1。

两线东部90米附近均有一道凹陷，推测为与前述软弱带平行的另一条软弱带，标记为F3，该软弱带从1线到2线呈收敛趋势，在3线、4线表现均不明显，但是在5线有所体现。其底部可能存在冲槽，水流涌到地表后流经R1。此方向的两条平行软弱带往南可能汇合。

图 8物探4线电阻率反演断面图（长度单位：米；电阻率单位：Ωm）

4线：粘土层较薄，其中80至110米附近凹陷可能是地下水流通道，溶洞裂隙发育，但深度不大。

图 9物探5线电阻率反演断面图（长度单位：米；电阻率单位：Ωm）

5线：受地形限制拉线较短，探测深度浅，整线全部表现为低阻，但是其本身代表的深度较浅，可能是两山之间粘土层较厚。测线中部有一断崖式电阻率曲线突变，推测为F3通过。

图 10物探6线电阻率反演断面图（长度单位：米；电阻率单位：Ωm）

6线：西侧低阻可能为水流通道，80米处和150米处低阻凹槽，推测为完整灰岩面正常起伏，其上为红粘土，石芽或滚石，因此岩土工程勘察钻探孔深必须超过物探剖面显示的完整灰岩面。

图 11物探8线电阻率反演断面图（长度单位：米；电阻率单位：Ωm）

图 12物探11线电阻率反演断面图（长度单位：米；电阻率单位：Ωm）

8线和11线：相距仅14米，形态相近，中间为完整灰岩凸起，两旁电阻率主体为低阻，夹杂有连续性差的高阻，符合裂隙岩溶发育，地下水充填的特点，其中东侧岩溶发育较深。

图13 物探Ⅳ线电阻率反演断面图

4线：中间120米附近有一完整灰岩凸起，两测均为岩溶发育的破碎带，其中北面是通过1线、2线、3线、和4线的地下水通道F1；南面与8线、9线、11线西段连成一片岩溶裂隙发育区， F2软弱带通过该区域。

图 14物探Ⅲ线电阻率反演断面图（长度单位：米；电阻率单位：Ωm）

Ⅲ线：完整灰岩面平均深度为8米，局部的V型、U型凹槽可能发育冲沟、冲槽，310米处虽然整体电阻率较高，但是纵向能明显看出H型曲线,可能F2软弱带通过，但是破碎程度较低。400米处电阻率陡然降低，可能是受到附近一条北东向断裂的影响。

图 15物探9线电阻率反演断面图（长度单位：米；电阻率单位：Ωm）

图 16物探10线电阻率反演断面图（长度单位：米；电阻率单位：Ωm）

9线和10线：位置相近，形态相似，均为低阻背景下有独立高阻存在。从8线到11线，再到9线和10线，越往东南方向电阻率越低，但是东南走向的Ⅱ线、Ⅲ线并未有这种现象，因此此处有可能与1线、2线情况类似，受到北东向的层理裂隙影响。另外，北东向也发育有破碎带，该区域整体较破碎。

图 17物探Ⅰ线电阻率反演断面图（长度单位：米；电阻率单位：Ωm）

Ⅰ线：勘查区西南角，因地形限制，长度较短，探测深度浅，整体呈高阻，表明此处粘土层很薄。70米附近存在一条倾向西南的断裂破碎带，结合地形，推测其切割东面的小石山，形成两个小山包，深部倾向西南切入山体，成为东面地下水向西流的通道。

四、综合分析

综合各测线情况，并结合水文地质资料及踏勘成果，认为勘查区完整岩体埋深平均10m。其上覆地层为粘土包裹石芽、滚石和破碎裂隙发育灰岩的混合层，这层情况较复杂，因此岩土工程勘察钻探阶段应特别注意识别石芽和滚石，确保打到完整灰岩。为了表现深部岩溶发育情况，数据处理阶段抽取了海拔等于850米 的电阻率值制作平面等值线图，如下：

图 18海拔高度850米电阻率平面等值线图（电阻率单位：Ωm）

图中推测出了5条切割较深的软弱破碎带，分别为F1、F2、F3、F4、F5，破碎带内岩溶较发育，是地下水的主要通道。地下水主要从北面和东南面流入，同时测区内时有基岩裸露，有利于接受大气降雨的渗透补给，也通过溶潭、溶斗、落水洞等对地下水进行灌入式补给。地下水往西南方向汇聚于测区西南角的小石山，小石山底下裂隙岩溶发育，是良好的导水通道，之后往西南方向流出测区。

根据破碎带和电阻率值分布情况，圈定了三个裂隙岩溶发育区，标号为A、B和C。

五、结论与建议

1.避免在推测的软弱带上方构建重要建筑或放置重型设备。

2.谨慎在圈定的裂隙岩溶发育区构建重要建筑或放置重型设备，如必须在该区域建设重要建筑，应确保其基础立与完整灰岩之上，或做地基处理。

3.测区东北部是相对理想的建设场地。

4.本次工作方法选择合适，较好的完成了工作任务。

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