高密度電法與地質(zhì)雷達在斷層及溶洞探測中的運用探討

閉遺山

（廣西壯族自治區(qū)第四地質(zhì)隊，廣西 南寧 530031）

在地質(zhì)勘探中，斷層及溶洞的探測是較為重要的內(nèi)容之一，其中斷層的存在容易導致周邊巖體出現(xiàn)破壞，而溶洞對工程建設(shè)具有較大的危害。鑒于此，應(yīng)當采取合理可行的方法，對斷層和溶洞進行探測。高密度電法與地質(zhì)雷達均可用于斷層及溶洞探測，但兩種方法在不同的探測項目中效果有所區(qū)別，為提高探測效果，應(yīng)當這兩種方法進行合理選擇。

1 高密度電法與地質(zhì)雷達

1.1 高密度電法的原理及裝置

（1）原理。高密度電法是一種借助巖土體本身存在的導電性差異進行探測的方法，它與電阻率法的原理基本相同。由于高密度電法的電極采用的是一次性布設(shè)，從而使干擾現(xiàn)象顯著減少。

（2）電極裝置。高密度電法的電極裝置為組合式剖面裝置，有些裝置能夠?qū)潭〝嗝孢M行掃描測量，如α排列、β排列以及自動M等，還有一部分裝置能夠?qū)ψ償嗝孢M行連續(xù)滾動掃描測量，如A-M、AB-MN等[1]。

1.2 地質(zhì)雷達的原理

地質(zhì)雷達簡稱GPR，是一種非常先進的電子儀器，能夠借助高頻電磁波對地下物體進行探測。GPR本身除了具備較強的穿透力之外，還有非常高的分辨能力，依據(jù)電磁波一去一回之間的用時差別，能夠?qū)μ綔y目標的埋設(shè)進行確定，通過綜合解譯后，可以準確得出探測目標的具體形態(tài)和屬性。

2 高密度電法與地質(zhì)雷達在斷層探測中的運用

2.1 測區(qū)概況

某測區(qū)地處XX省境內(nèi)，由相關(guān)資料可知，該區(qū)域內(nèi)的地層較為發(fā)育，并且比較齊全，構(gòu)造組合具有典型性的特征。尤其是A橋梁橋頭附近的斷層帶組合特征非常復雜，Y地一帶的斷層組合特征具有較為明顯的典型性，是開展探測研究比較理想的點位。

2.2 探測裝置布設(shè)

采用高密度電法對在對某個區(qū)域內(nèi)的斷層進行探測時，可以選用WGMD-9（超級高密度電法系統(tǒng)）；在深部地層探測中，溫納裝置（α排列）的效果較好，并且能夠勘探到的有效體積相對較大，可以采集到的數(shù)據(jù)量更多。在本次探測中，GPR的探測頻率為100MHz，信號接收天線的距離為1.0m[2]。在此需要著重闡明的一點是，高密度電法與GPR的剖面線相一致。

2.3 斷層探測成果

2.3.1 高密度電法探測成果

（1）A橋頭探測點。依據(jù)探測結(jié)果，可將該測點的斷面分為四個帶，第一個帶的范圍從0m～50m，為低阻帶，在低阻產(chǎn)生的原因主要與強風化巖層和填埋層受潮有關(guān)；第二個帶的范圍從50m～90m，巖性為中晶白云巖，巖體呈現(xiàn)為破碎狀態(tài)，有一處超低阻帶，為節(jié)理裂隙發(fā)育所致；第三個帶的范圍從90m～160m，為斷層破碎帶，存在大量的透鏡體，與斷層面接近的部位嚴重風化；第四個帶的范圍從160m～295m，巖性為細晶白云巖，存在不均勻風化的現(xiàn)象，深部電阻率明顯降低，主要與地下水豐富有關(guān)。

（2）Y地探測點。該探測點也分為四個帶，其中第一個帶的范圍從0m～130m，這個點位與實測的地質(zhì)剖面圖中的一個斷層相對應(yīng)，電阻率接近地表的位置處最高。在高于探測點3.0m的地方沿著斷層分布有泉眼，由此可以推斷出地層深部的超低阻與地下水有關(guān)；第二個帶的范圍從130m～155m，這個范圍內(nèi)的地層產(chǎn)狀相對比較凌亂，并且存在嚴重的破裂現(xiàn)象，有較多的透鏡體，斷面圖上可見高阻帶；第三個帶的范圍從155m～240m，與第二個帶的情況相類似；第四個帶的范圍從240m～295m，該范圍由于受到斷層本身的影響，導致巖石存在嚴重的破碎現(xiàn)象，低阻帶。

通過分析探測成果，能夠更加深刻地認識到斷層的電性特征，具體如下：與圍巖相比，斷層帶為低阻，電阻率與含水量有關(guān)，構(gòu)成斷層帶的物質(zhì)對電阻率的大小具有一定的影響。

2.3.2 地質(zhì)雷達探測成果

（1）A橋頭探測點。依據(jù)地質(zhì)雷達對該點位的探測結(jié)果，可將該探測點的剖面劃分為以下五個異常段，第一個異常段的范圍從0m～25m，這個范圍頂部的反射波組的連續(xù)性比較差，表明該段內(nèi)的巖土完整性一般，反射波的波形相對比較微弱且非常細密，由此可以推測出地表存在較為強烈的風化現(xiàn)象。該范圍深部的反射波連續(xù)性較好，波形寬緩，視電阻率＜268Ω·m；第二個異常段的范圍從25m～90m，與實測剖面中的斷層角礫巖帶相對應(yīng)，該段的反射波連續(xù)性較差，波形凌亂，并且較為細密，底部無反射波；第三個異常段的范圍從90m～120m，該段內(nèi)的反射波具有強弱相間的特點，反射相對比較強烈，波形寬緩；第四個異常段的范圍從120m～130m，該段的情況與第二段相類似；第五個異常段的范圍從130m～175m，該段130m與斷層的上盤斷面相對應(yīng)，在0m～12m的深度內(nèi)，反射波較為強烈，具有非常明顯的波形，由此表明，斷層上部的含水量較少。而在12m以下的深度內(nèi)，電磁波出現(xiàn)快速衰減的現(xiàn)象，底部無反射波。

（2）Y地探測點。依據(jù)地質(zhì)雷達對該點位的探測結(jié)果，可將該探測點的剖面劃分為以下四個異常段：第一個異常段的范圍從0m～120m，這個范圍內(nèi)的反射波組具有光滑、平行的特點，由此表明，巖體相對比較完整；第二個異常段的范圍從120m～135m，這個范圍與實測剖面當中的一個斷層相對應(yīng)，反射波組的產(chǎn)狀具有陡傾的特點，且強度變化相對較大，穩(wěn)定性差，存在局部繞射；第三個異常段的范圍從135m～160m，這個范圍的反射波比較微弱，電磁波的衰減情況約等于0，由此能夠判斷出該地層的含水量比較少，視電阻率最高可以達到1800Ω·m；第四個異常段的范圍從160m～220m，從地質(zhì)雷達獲得的剖面圖中能夠看到斷層位置的反射波情況，即局部陡傾和繞射，呈現(xiàn)出不規(guī)則的形態(tài)。在深度0m～12m的范圍內(nèi)，反射波較為強烈，表明斷層帶的上部位置含水量比較少；深度12m以下，反射波變得越來越細，接近底部時，基本無反射波，由此說明斷層帶的下部含水量比較高。

通過對上述點位的探測成果進行分析后發(fā)現(xiàn)，地質(zhì)雷達雖然也能對區(qū)域內(nèi)的斷層進行探測，但與高密度電法相比，它的效果并不顯著，尤其是巖性較為相近的地層，雷達圖像中的特征不太明顯，只有在斷層帶存在嚴重的破碎或是含有一定水分時，才會有比較明顯的特征。鑒于此，在斷層探測中，推薦使用高密度電法。

3 高密度電法與地質(zhì)雷達在溶洞探測中的應(yīng)用

溶洞分為兩種情況，一種無充填，另一種是充填，在地質(zhì)勘測中，無充填的溶洞較為常見。因此，下面選取相關(guān)工程實例，應(yīng)用高密度電法與地質(zhì)雷達對工程地質(zhì)中的溶洞進行探測。

3.1 高密度電法在溶洞探測中的應(yīng)用

3.1.1 測區(qū)概況

某隧道位于XX省境內(nèi)，總長度約為525m，隧道進口為溶蝕洼地，從一條山脊中穿過，隧道出口為巖溶洼地斜坡帶，在坡上有著較為稀疏的植被。該隧道區(qū)域內(nèi)多年無地表水，地下水沿節(jié)理裂隙向深部運動和轉(zhuǎn)移，巖溶以豎向發(fā)育為主。

3.1.2 探測成果

從高密度電法探測到的斷面中能夠看到，在斷面上各個異常點均具有可追蹤性，由踏勘及開挖揭露對剖面進行解譯，統(tǒng)計出主要的異常點及其視電阻率和特征，如表1所示。

表1 探測斷面異常點統(tǒng)計情況

從表1中得到的統(tǒng)計數(shù)據(jù)結(jié)果能夠看出，地質(zhì)體具有非常明顯的電性特征，不同的溶洞視電阻率值具有明顯的差別。按照后期對隧道進行開挖驗證發(fā)現(xiàn)，高密度電法在隧道溶洞探測中的效果較為明顯，能夠為施工提供指導依據(jù)。

3.2 地質(zhì)雷達在溶洞探測中的應(yīng)用

3.2.1 測區(qū)概況

選取某隧道中的一個標段，應(yīng)用地質(zhì)雷達對溶洞進行探測。由相關(guān)資料可知，該隧道區(qū)域內(nèi)的巖性以白云質(zhì)灰?guī)r為主，在整個測區(qū)內(nèi)均有分布。測區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造相對比較簡單，即單斜，溶蝕峰叢-槽谷地貌；地下水以孔隙水為主，還有部分裂隙水和巖溶水，降雨會對地下水進行補給。

3.2.2 探測成果

利用地質(zhì)雷達對該隧道的左邊墻進行剖面圖采集，根據(jù)現(xiàn)場開挖結(jié)果可知，為無填充溶洞，經(jīng)現(xiàn)場探查，溶洞非常深。從雷達剖面圖中能夠看到，在測深為5.0m～16m的位置，能夠追蹤到強反射波，波形為雙曲線，局部起伏且存在中斷的現(xiàn)象。在一定深度內(nèi)見強烈的反射波組，具有局部起伏、中斷的現(xiàn)象，波形特征與5.0m～16m位置處大致相同，表明二者存在共同屬性。

3.3 探測對比

在上文中分別采用高密度電法和地質(zhì)雷達對無填充溶洞進行探測，對得到的數(shù)據(jù)結(jié)果進行處理分析，由后續(xù)的實際開挖證明，兩種方法都能準確探測出溶洞。但高密度電法的分辨率比地質(zhì)雷達低，并且無法對體積較小的溶洞進行準確反映。因此，建議在溶洞探測中，將地質(zhì)雷達作為首選方法。

4 結(jié)論

綜上所述，斷層及溶洞探測一項較為復雜且系統(tǒng)的工作，為提高探測效果，應(yīng)當選擇適宜的方法。本文對高密度電法和地質(zhì)雷達在斷層及溶洞探測中的運用進行分析。結(jié)果顯示，高密度電法更適用于斷層探測，而地質(zhì)雷達則比較適用于溶洞探測。