高密度电阻率法探测溶洞的实验研究..docVIP

高密度电阻率法探测溶洞的实验研究 王波 刘剑 （国家电力公司贵阳勘测设计研究院 贵阳 550002） [摘要]高密度电阻率法具有观测精度高、信息丰富、工作效率高等特点。当前工程勘探中，为了提高工作效率，大多数只选用其中某一种观测方式，造成异常不明显，难以作出定性、定量判断。文章从直流电法的偶机断面异常分析入手，分析了同一地电条件、同一电极排列下α、β、γ三种最常用的装置的视电阻率的相互关系，依据此关系及β、γ的互补特性，提出用T比值参数突出高阻异常，通过识别β断面异常标识及T异常特性，可以准确地进行溶洞探测；同时，给出了应用一次布极进行α、β测量，再用这两组数据换算出γ和T的方法进行的一个溶洞探测实例，实验说明应用该方法技术探测溶洞，异常标识明显、能进行定性及定量解释、工作效率较高。 [关键词] 高密度电阻率法 溶洞探测 电极排列装置 T比值参数 1 引言 西南地区主要为岩溶地貌，地下溶洞是进行工程建设最大隐患之一。电法勘探，尤其是高密度电法，因其具有工作效率高、不需要钻孔、成本低等特点，被广泛用来进行交通、水利、工民建等浅层溶洞的探测工作。目前，国内各省主要物探队伍基本上都配备了高密度电法测量系统，开展了大量而广泛的勘探工作，并取得了一定成绩（如地层划分、覆盖层探测、隐伏断层破碎带探测、地下管网探测等），但在溶洞探测方面进行的确切工程实例及令人信服的高密度电法勘探成果很少见到。本队近年来在交通、民航、工民建领域也进行了高密度电法勘探的工作，这些工程勘探的主要目的就是解决溶洞问题，通过若干次的现场工作，发现高密度电法的溶洞异常并不是想象的那样清晰明晰了，当工作量较大、条件复杂时，忽略溶洞异常时有发生，为此，应该进行高密度电法探测溶洞的方法技术研究。 高密度电阻率法最早源于70年代末期的阵列电探思想，经过20多年的发展，高密度电法在仪器、软件、方法及应用上已取得了明显的成绩。尤其是近几年，高密度电法测量仪器生产销售量与日俱增，与此相对应的是：各种性状的异常体在高密度电法的诸方法中的异常特性的研究较少显现于公开发表的刊物或场所。 高密度电法虽然属于电阻率法的范畴，但它仍然有自身的特点： （1） 电极布设一次完成，野外数据采集自动化或半自动化，避免由于手工操作所出现的错误，工作效率高； （2） 在同一剖面上，保持部分参数（电极数、电极间距、测点位置、接地电阻）不变的情况下，可进行多种电极排列方式的扫描测量，不仅获得同断面同等密度的数据，而且为进行更高级的资料处理、显示提供了可靠基础； （3） 具有较高的测量密度，这种高密度、高精度的数据，地质信息丰富，可进行更高级、精确的脱机处理。 高密度电法的上述特点在当前被生产单位表现得最淋漓尽致的是它的高效，而潜在的后续处理进行的较少，或基本就无法进行，原因是多方面的，既有由于发包方压低了高密度电法收费单价，造成“薄利多销”的情况，而使承接方在规定的时间内无暇顾及；也有因测区地形、地质较复杂，而又没有适当的技术措施。本文从偶极装置下球、板体异常特性入手，通过分析、实验，提出高密度电法在溶洞探测上的一种方法。 2 偶极装置下单一异常体的电阻率测量特征 我们都不会忘记直流电法勘探教科书中对偶极剖面异常的描述：在所有电法装置中，偶极装置具有具有较好的分辨率，以至于在多异常体上部，异常曲线变得较为复杂，同时，偶极所需导线很短，可减弱游散电流及电磁干扰[1]。温纳装置在工程勘探中应用较广泛，其异常也好解释、直观，但实际应用效果表明：温纳装置的异常灵敏度不高，异常形态不完整。这在我们平时的实际工作和一些高密度电法书籍中可以找到[2] 2.1偶极装置下低阻体异常特征[1] 在普通的直流电法中，受设备、数据处理方式的限制，在一个剖面上一般只能作一至两个极距的曲线，偶极装置的异常形态随极距的变化显现的比较丰富，这一点对于常规直流电法来说显的比较麻烦，正是这种丰富的，单一曲线不易显现的特点在高密度电法的彩色断面图中显示得非常明显。图1为低阻球体少量极距下的剖面曲线及等值断面图，等值断面图呈现低阻的“八”字形异常特点。 图2（a）和图3（a）为低阻直立和低阻水平板的偶极剖面曲线及断面异常，其异常形态也呈现出低阻“八”字形异常特点。 比较上述集中不同低阻体的断面异常特点，其共同点是呈现“八”字形低阻异常，随着异常体形态、产状的变化，其断面图中的“八”字形低阻异常特征也发生一定的变化，如低阻中心位置、对称性等，这些特点为在高密度电法断面图象中快速识别异常体特征提供了重要标识。 2.2 高阻体异常特征[1] 图2（b）和图3（b）为高阻直立和低阻水平板状体的偶极剖面曲线及断面异常，其异常形态也呈现出高阻“八”字形异常特点。 比较上述两种不同高阻体的断面异常特点，其共同点是呈现“八”字形高阻异常，随