高密度电法在岩溶隧道渗漏探查中的应用

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翻新时间：2015-07-31

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高密度电法在岩溶隧道渗漏探查中的应用

【摘要】在灰岩分布区岩溶的发育对浅埋隧道危害极大，主要表现为降雨或者地下水引起的隧道渗漏。高密度电法近年来广泛用于地质灾害调查及工程勘察中，以京珠高速广东段媲双坳隧道为例，应用高密度电法对隧道调查区内大型岩溶渗透通道进行了探测。探测结果与地面调查所探查的岩溶塌陷等实际地质体相吻合，验证了高密度电法在岩溶地区渗漏探查中可行性和准确性。

【关键】岩溶地区隧道渗水高密度电法渗漏通道

作者简介：黄聪（1987- ），男（汉族），中国地质大学，岩土工程专业，主要从事工程地质勘察及地质灾害评估。

1. 引言

1.1 研究现状

2. 物探方法介绍

在岩溶区进行地质勘察时，由于岩溶区地下水地质的复杂性和岩溶发育的空间不均性，仅仅依靠传统地质调查方法不易得到令人满意的勘察结果。如果能够结合物探方法，同时运用工程地质调查进行现场勘查，就可以获得比较准确直观的结果，在某些情况下甚至还可以解决单纯地质调查无法解决的问题。下面介绍几种常用的物探方法：

2.1 电法

高密度电法是一种阵列勘察方法，也称自动电阻率系统，其功能可视为测探与电剖面法的结合。通过电极向地下供电形成人工电场，测量电场，获得地下介质视电阻率ρs的分布，从而提供可靠的地下地质结构解释。高密度电法原理简单，图像直观，是一种分辨率比较高的物探方法。该方法在工程地质勘察和地质灾害调查中应用广泛。

完整碳酸盐岩岩体的电阻率一般都相对较高。在岩溶发育区，如果溶蚀空间内无充填物，相对于围岩该区域具有高电阻率，是高电阻体；如果空间内充填水或其他沉积物，则相对于围岩为低电阻体。无论哪种情况，它们都是电法探测适宜对象。正因如此，电法成为了岩溶勘察的最常用的物探方法。

本次物探采用的是施伦贝尔装置。施伦贝尔装置的电极排列规律是：A、M、N和B是4根电极（其中A和B是供电电极，M和N是测量电极，且AM=NB），随着间隔系数n由n（MIN）逐渐增大到n（MAX），AM与NB之间的间距也均匀拉开，在整个测量过程中MN固定为一个点距。数据按间隔系数由小到大的顺序分层存储，结果为倒梯形区域（如图1所示）。

2.2 地震法

地震法可进行岩溶勘察的基础是岩溶地质体与围岩在地震波吸收系数或者波速的差异。地震波在致密岩体中传播较快，吸收系数也相对较小。而溶蚀空间内无论充填与否，地震波波速都相对要较小，吸收系数也明显大得多。

岩溶上界面不是地震波折射面，所以折射波法在探测岩溶方面运用较少，也鲜有成功运用的案例。岩溶上界面虽然是良好的地震波反射面，但反射波法成效也不大，主要是因为入射波波长大于溶蚀体直径时，就无法获得很好的反射效果。

2.3 重力法

重力法在地形平坦的岩溶发育地区得到广泛应用。重力法进行岩溶勘察的基础是岩溶溶蚀空间在一般情况下相对于围岩都是低密度体。岩溶勘察时，最好方法是采用微重力仪测量微重力，做结果分析。但是该方法需要进行地形影响校正，同时还要排除地表风化带和潜水面起伏等的影响，因此该方法不适合山区岩溶勘察。

3 直流高密度电法在岩溶勘察中的实际应用

3.1 隧道工程地质条件

3.2 高密度电法适用条件分析

隧道勘查区地表以第四系亚粘土为主、局部出露泥盆系东岗岭组灰岩，下伏岩层主要为灰岩、砂岩，并广泛发育有岩溶不良地质体。在布置测线之前，进行了现场介质电阻率测量，场地内主要介质电性差异明显（详见表1），与其他有关文献相比较，数据之间数量级吻合性较好，因此可以作为有效的电法勘探结果解释参考。

在各种地质作用的长期作用下，灰岩会遭受部分溶解和侵蚀，经过水的化学和机械作用后会形成溶蚀裂隙、溶沟、溶槽、溶洞、溶蚀洼地等。一般情况下，岩溶发育的岩体与岩溶不发育的岩体具有明显的电性差异：溶槽、溶沟通常充填有土类充填物，视电阻率呈现低阻异常；位于水位以下或土类充填的溶洞，视电阻率呈现低阻异常；空洞或半充填溶洞，视电阻率呈现高阻异常。因此，通过这种地电性质的差异，我们利用电法勘探能够找到岩溶、断层等不良地质体。