聯(lián)合剖面法在高速公路地下河探測(cè)中的應(yīng)用

毛承英，林炳臣

(廣西壯族自治區(qū)交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院，廣西 南寧 530029)

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聯(lián)合剖面法在高速公路地下河探測(cè)中的應(yīng)用

毛承英，林炳臣

(廣西壯族自治區(qū)交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院，廣西 南寧 530029)

地下河為地下水富集區(qū)域，相對(duì)圍巖具有明顯電阻率低阻特征。由于電流受低阻“吸引”的作用，聯(lián)合剖面法兩支曲線經(jīng)常出現(xiàn)低阻交點(diǎn)(正交點(diǎn))，是辨別地下河的重要標(biāo)志。文章基于對(duì)地下河探測(cè)宜采用的物探方法的對(duì)比分析，介紹了電阻率聯(lián)合剖面法在高速公路地下河探測(cè)中的應(yīng)用。實(shí)例表明，該方法具有分辨能力強(qiáng)、異常明顯等優(yōu)勢(shì)，是地下河探測(cè)行之有效的方法之一。

電阻率聯(lián)合剖面法；地下河；勘察；高速公路

0 引言

地下河是可溶巖地區(qū)地下水沿巖層裂隙溶蝕沖刷而形成的地下水匯集和排泄的巖溶洞穴，其空間分布受地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造及地下水活動(dòng)情況控制。在修建跨越地下河公路路基過程中，如地下河頂板厚度較小，容易發(fā)生溶洞頂板坍塌而引起路基下沉和破壞，且隨時(shí)間的增加而加劇擴(kuò)展。若擬修建高速公路隧道正好穿越地下河，在開挖過程中一旦掘開地下河阻水圍巖，將會(huì)引起突然性地下涌水，若地下河在隧道頂部或下部，同樣給隧道施工及后期運(yùn)營帶來諸多影響。所有這些不良地質(zhì)條件都將給公路建設(shè)帶來重大的安全隱患，如未采取合理的措施進(jìn)行處治，往往會(huì)造成施工安全事故的發(fā)生，影響進(jìn)度，浪費(fèi)財(cái)產(chǎn)，還會(huì)產(chǎn)生各種病害，為后期運(yùn)營安全埋下隱患。因此查明地下河賦存情況(平面位置及埋深)、規(guī)模大小、走向等信息是公路前期地質(zhì)勘探中的工作重點(diǎn)，為公路選線及施工提供科學(xué)的地質(zhì)依據(jù)，有針對(duì)性地進(jìn)行支護(hù)設(shè)計(jì)或編制施工預(yù)案，減少工程建設(shè)成本、確保項(xiàng)目建設(shè)和運(yùn)營安全。

1 地下河探測(cè)宜采用的物探方法對(duì)比分析

地下河為隱伏型充水巖溶洞穴，單憑地質(zhì)調(diào)查、水文地質(zhì)條件難以確定河的平面位置及埋深情況，鉆探也不知在何處布孔，適宜的地球物理方法則能快速地查明地下河的發(fā)育位置。一般來講，地下河探測(cè)常采用的物探方法有充電法、高密度電法(測(cè)深與剖面法)、可控源音頻大地電磁法、探地雷達(dá)法、地震反射波法等，不同的場(chǎng)地條件、地下河發(fā)育規(guī)模及埋深需采用不同的方法。

充電法對(duì)具有出口、進(jìn)口或天窗的地下河定位追蹤準(zhǔn)確，效果明顯；可控源音頻大地電磁法探測(cè)深度大，受地形影響小、不受高阻屏蔽影響、橫向分辨率高，對(duì)地形起伏大、表層為高阻層、地下河埋深大且具有一定規(guī)模探測(cè)方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)；高密度電法則適合探測(cè)地形起伏小、不存在高阻屏蔽層、中淺埋深的地下河探測(cè)，尤其是其中的聯(lián)合剖面法可有效追蹤定位地下河位置；對(duì)于裸露灰?guī)r，存在高阻屏蔽，不適合采用直流電法勘探，可以考慮采用電磁波勘探，深部宜選CSAMT法，淺部則選地質(zhì)雷達(dá)；瞬變電磁法與地震反射波法也可用于地下河探測(cè)，但野外施工及資料處理較繁雜，實(shí)際應(yīng)用相對(duì)少。

2 電阻率聯(lián)合剖面法工作原理[1]

圖1 聯(lián)合剖面法裝置示意圖

(1)

(2)

圖2 低阻體對(duì)電極電流場(chǎng)“吸引”作用示意圖

可見，地下不同的電阻率異常體在聯(lián)剖曲線中對(duì)應(yīng)不同的曲線形態(tài)及正反交點(diǎn)，聯(lián)合剖面法的本質(zhì)即為利用實(shí)測(cè)聯(lián)剖曲線的形態(tài)、交點(diǎn)性質(zhì)、交點(diǎn)位置等信息來推斷目標(biāo)體的平面位置、導(dǎo)電性質(zhì)、大小和埋深等，達(dá)到探測(cè)目的。

聯(lián)合剖面法的特點(diǎn)是簡單直觀、異常明顯、分辨能力強(qiáng)，常用于探測(cè)良導(dǎo)性礦體及含水?dāng)嗔哑扑閹?、巖溶通道等。

3 應(yīng)用實(shí)例

3.1 工程概況

廣西某高速公路K4+100～K6+400段巖溶路基位于可溶巖地區(qū)，覆蓋層為第四系沖洪積黏土(Qal+pl)。下伏基巖為石炭系上統(tǒng)(C3)灰?guī)r，巖層產(chǎn)狀141°∠8°～12°。區(qū)域地質(zhì)資料顯示，該路段存在一條地下河橫穿擬建公路。現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該路段周邊存在多處不同規(guī)模的巖溶塌陷坑，大部分塌陷坑已經(jīng)被當(dāng)?shù)卮迕裉钇?。為查明該段路基的巖溶發(fā)育及區(qū)域地下河的地下空間展布情況，結(jié)合場(chǎng)地條件及勘察要求，采用高密度電法聯(lián)合剖面裝置開展探測(cè)工作。

場(chǎng)地內(nèi)地形較平坦，地表為較均勻的黏土層覆蓋，勘察期間地下水位較高，地表水豐富，地下河(充水)相對(duì)圍巖為電阻率低阻體，為開展聯(lián)合剖面法探測(cè)提供了良好的地球物理前提。

3.2 工作布置及參數(shù)選擇

在分析區(qū)域地質(zhì)資料基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和當(dāng)?shù)卮迕穹答佇畔?，粗略推測(cè)地下河大致落在K4+400～K5+000路段范圍，本次物探工作即在該路段范圍內(nèi)開展。根據(jù)任務(wù)要求，結(jié)合場(chǎng)地條件，沿?cái)M建公路布置一條縱測(cè)線，以查明路基范圍內(nèi)地下河的具體位置及埋深。另外，為了印證異常和確定地下河走向，還分別在路線兩側(cè)各布置了一條測(cè)線。工作布置如圖3所示。

圖3 物探測(cè)線布置及工作成果平面圖

經(jīng)驗(yàn)表明，聯(lián)合剖面法極距AO一般要求>3～5倍的目標(biāo)體埋深(H)。由于本次地下河埋深情況未知，因此需要用不同的極距進(jìn)行觀測(cè)。為方便工作，采用重慶奔騰數(shù)控技術(shù)研究所生產(chǎn)的WGMD-3高密度電法儀的AMN和MNB裝置進(jìn)行自動(dòng)滾動(dòng)觀測(cè)。探測(cè)極距AO選取15.0～145.0 m，即從最小極距15.0 m開始以單位電極距10 m步長逐次遞增至最大極距145.0 m，共14組不同極距AO。測(cè)量電極距固定取MN=10 m。無窮遠(yuǎn)電極C布置于西南方向AB中垂線上，距離AB約600 m，達(dá)4倍以上最大AO。工作中使用270 V直流電源供電，能有效地壓制外界因素的干擾。

3.3 資料處理及成果解釋

(1)資料處理

(2)物探成果解釋

圖4 Ⅰ-Ⅰ′線實(shí)測(cè)聯(lián)合剖面曲線圖(AO=657585 m)

圖5 Ⅱ-Ⅱ′線實(shí)測(cè)聯(lián)合剖面曲線圖(AO=657585 m)

圖6 Ⅲ-Ⅲ′線實(shí)測(cè)聯(lián)合剖面曲線圖(AO=65 m75 m85 m)

Ⅰ-Ⅰ′剖面在物探樁號(hào)570～580/I附近出現(xiàn)明顯的低阻正交點(diǎn)，且不同極距AO(對(duì)應(yīng)不同探測(cè)深度)均有反映，其中以極距AO=65 m、75 m、85 m時(shí)異常最為明顯，推測(cè)為電阻率低阻特征的地下河引起，地下河中心位置約在575處；Ⅱ-Ⅱ′剖面在物探樁號(hào)380～390/Ⅱ附近及Ⅲ-Ⅲ′剖面在物探樁號(hào)550～560/Ⅲ附近均出現(xiàn)與Ⅰ-Ⅰ′剖面對(duì)應(yīng)的明顯低阻正交點(diǎn)，亦為AO=65 m、75 m、85 m時(shí)異常最明顯，推測(cè)為同一地下河引起，該地下河與擬建公路約相交于K4+665處，平面位置見圖7和圖3。根據(jù)三條測(cè)線在極距AO=65～85 m時(shí)出現(xiàn)明顯低阻正交點(diǎn)的特征，定性推測(cè)地下河中心埋深在約40～50 m。

圖7 根據(jù)3條測(cè)線的正交點(diǎn)推斷地下河位置示意圖

綜上分析可知，三條測(cè)線的異常均較明顯，對(duì)應(yīng)性好，且同一測(cè)線不同AO出現(xiàn)的低阻正交點(diǎn)平面位置一致性也較好，因此可認(rèn)為聯(lián)合剖面法探測(cè)成果較好地反映了地下河在平面上的真實(shí)位置，但地下河埋深和規(guī)模大小較難獲得準(zhǔn)確的定量解釋，宜作定性解釋。

4 結(jié)語

利用電阻率聯(lián)合剖面法對(duì)某高速公路地下河進(jìn)行探測(cè)，在平行的三條剖面聯(lián)剖曲線對(duì)應(yīng)位置上均出現(xiàn)了明顯的低阻正交點(diǎn)，基本查明了地下河的位置、埋深和走向，達(dá)到了預(yù)期目的。該方法具有簡單直觀、分辨能力強(qiáng)、異常明顯的特點(diǎn)。

對(duì)于目標(biāo)體埋深未知的情況，應(yīng)采用多極距AO測(cè)量，利用高密度電法測(cè)量系統(tǒng)的AMN、MNB三極裝置組合觀測(cè)可高效地獲得多極距AO的聯(lián)合剖面曲線。

聯(lián)合剖面法探測(cè)地下河不足之處是其推測(cè)的目標(biāo)深度較難獲得準(zhǔn)確的定量解釋，一般只能作定性解釋。如有必要，可采用其他方法進(jìn)一步查明地下河埋深。

[1]傅良魁.電法勘探教程[M].北京：地質(zhì)出版社，1983.

[2]劉國興.電法勘探原理與方法[M].北京：地質(zhì)出版社，2005.

[3]吳禮群.電阻率聯(lián)合剖面法在巖土工程勘察中的應(yīng)用[J].長春工程學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2012，13(2)：70-72.

[4]徐振宇.利用聯(lián)合剖面法尋找?guī)r溶裂隙水[J].地下水，1994，16(3)：133-135.

[5]吳占華.聯(lián)合剖面法在山區(qū)找水中的應(yīng)用[J].地下水，2007，29(5)：112-113.

[6]龔道平.高密度電法測(cè)量系統(tǒng)作常規(guī)聯(lián)合剖面的研究[J].東華地質(zhì)學(xué)院學(xué)報(bào)，2002，25(3)：233-236.

[7]DZ-T0073-1993，電阻率剖面法技術(shù)規(guī)程[S].

Application of Composite Profiling Method in Detection of Expressway Un-derground River

MAO Cheng-ying，LIN Bing-chen

(Guangxi Communications Planning Surveying and Designing Institute，Nanning，Guangxi，530029)

The underground river is the groundwater rich region，with obvious low resistivity characteris-tics compared to the surrounding rock.Since the current is limited by the low resistance“attraction”action，two curves of composite profiling method often show the low-resistance intersection(quadrature point)，which is an important symbol to identify the underground river.Based on the comparative analysis on geophysical methods which are often used to detect the underground river，this article introduced the application of resistivity composite profiling method in expressway underground river detection.The ex-amples showed that this method has the strong resolution，obvious abnormalities and other advantages，thus it is one of the effective methods to detect the underground river.

Resistivity composite profiling method；Underground river；Survey；Expressway

U415.6

A

10.13282/j.cnki.wccst.2016.09.013

1673-4874(2016)09-0048-04

2016-04-22

毛承英(1982—)，工程師，研究方向：工程物探檢測(cè)；

林炳臣(1976—)，工程師，研究方向：工程物探檢測(cè)。