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摘要：阐述了高密度电法勘探的原理和方法，并通过工程实例，探讨了高密度电法勘探技术在岩溶勘察方面的应用效果，提出了一些改善勘探效果的方法及建议。
关键词：高密度电法 ， 极距，岩溶 ， 勘探成果
Abstract: this paper high-density electrical method, the principle and method of exploration, and through the engineering example, discusses the high-density electrical method, exploration technology in karst exploration and application effect of aspects, and puts forward some methods to improve the effect of exploration and Suggestions.
Keywords: high-density electrical method, polar distances, karst, exploration achievement
中图分类号：K826.16文献标识码：A 文章编号：
1前言
佛山市南海区某某小区在施工过程中发现预制桩易打断的情况。根据前期完成的场地工程地质勘察资料表明，本场地岩溶及土洞较为发育，为了进一步查清该场地的岩溶发育情况，为施工设计提供依据。受业主委托，进行本次岩溶工程物探专项勘察。
2概况
本次探测目的与任务是：使用物探结合钻探验证的方法探明指定场地（1~10栋）塔楼地基溶洞及土洞的分布、埋深、规模及场地内其他不良地质现象，为基础设计、施工提供较详细的资料。
探测要求：（1）物探探测深度为40m；
（2）探明该区域内不良地层的分布情况，如软弱地层的形状、大小和埋藏深度等；
（3）探明该区域内溶洞及土洞的发育状况、分布位置、形状、大小、埋藏深度、充填状况等；
（4）初步探明该区域内基岩面的起伏状况、顶部溶洞裂隙发育状况、分布位置、形状、大小、充填情况以及在空间的相互联系状况等。
工程地质情况：根据前期钻孔揭露，场地地基土由上至下为人工填土层（Ｑml）、第四系三角洲海陆交互相冲淤积层（Qmc）、第四系残坡积层（Qedl），全风化粉砂质泥岩、泥岩，强风化紫红色泥岩、粉砂质泥岩、含砾砂岩；中风化基岩顶界标高-24.50~-9.32m，岩性为上白垩统紫红色泥岩、粉砂质泥岩、夹微风化含砾砂岩等；微风化基岩顶界标高为-37.09~-9.85m，岩性为下侏罗统杂色灰岩质砾岩及上白垩统大塱山组粉砂质泥岩。场地内在基岩为灰岩质砾岩的地段，基岩发育有溶洞，分布空间约在标高-12.54m~-25.96m之间，洞高0.50~6.70m，基本上填充有流塑状粘土；在其上覆的第四系底部粘性土层及第四系残积粘性土层中土洞也有一定程度的发育，土洞分布空间标高约在-12.02m~-31.19m，洞高约1.10m~5.70m，大部分填充有流塑状粘土或松散砾砂、风化岩块，部分无土充填但应充填有水。溶洞发育一般受断裂构造、裂隙控制，常呈带状分布；土洞一般与溶洞相伴生，常发育在基岩面附近一定的范围。
场区地球物理特征：场地土层的电阻率一般为10~50欧姆·米，溶洞（含充填物）与完整围岩存在明显的电性（电阻率）差异，溶洞（含充填物或水）的电阻率一般为5~20欧姆·米，而完整灰岩（或基岩）的电阻率一般为300~500欧姆·米；土洞及其充填物与周围土层的电阻率差异不明显。
根据现场试验和岩土的物理性质，场区各个岩土层之间电阻率存在差异，物性界面和地质界面相吻合，电阻率的变化基本反映地层和地质体的变化；工区现场无较强的工业散电流和电磁场的干扰，具备了高密度电法的良好工作条件；基本满足开展地面电法勘探的条件。
3高密度电法勘探的基本原理及工作方法
3.1 基本原理
高密度电阻率法俗称高密度电法，是近几年新兴的物探方法。电阻率法是以地壳中岩石的电阻率差异为物质基础，观测和研究人工电场的变化和分布规律，进而进行解决地质问题的一种勘探方法。
高密度电法属于电阻率法范畴，是一种阵列勘探方法。传统的电阻率法有电测深法和电剖面法。电测深法反映测点下方不同电性的岩层随深度的分布情况。电剖面法反映地下一定深度内沿水平方向地电断面的特征。高密度电法同时具备上述两种方法的特点，并弥补了传统电阻率法测点相对稀少和解释依据单一的不足。
高密度电法勘探的前提条件是地下介质间的导电性差异，和常规电法一样，它通过Ａ、Ｂ电极向地下供电（电流为Ｉ），然后测量Ｍ、Ｎ极电位差△U，从而求得该记录点的视电阻率值ρs = K*△U/I 。根据实测的视电阻率剖面进行计算、处理、分析，便可获得地层中的电阻率分布情况，从而解决相应的工程地质问题。
3.2 工作方法
在本次巖溶勘探中，将采用如下采集参数：
装置类型：温纳装置（AMNB）
电极距：2m
电极排列：60个
记录层数：20层
4资料处理及解释
高密度电法资料处理流程首先将存储在仪器内的测量数据通过传输软件传输到计算机，进行坏点删除、地形校正及格式转换等预处理，然后将数据导入Surfer软件，绘成视电阻率等值线图，图中颜色由深蓝色、兰色、绿色、黄色、紫色、浅红色、红色分别表示视电阻率值由小到大。依据等值线图上的视电阻率值的变化特征结合钻探和地质调查资料作出地质解释。
本次共布物探测线6条，测线长度95m/条，布物探验证钻孔10个。从高密度电法视电阻率成像图分析，各测线的物探解释如下：
WT1～WT1‘号线：33～46m、埋深在28～38m；67～73m、埋深在38～45m；82～94m、埋深在24～35m为岩溶发育区，发育有数个规模、大小不一的溶洞；另在18m处、顶板埋深约在14m为土洞，高约3m，有充填；58m处、顶板埋深约在42m为溶洞，高约4m，有充填；62m处、顶板埋深约在44m为溶洞，高约2m，有充填；66m处、顶板埋深约在17m为溶洞，高约3m，有充填。在83m处布物探验证钻孔1个。
WT2～WT2‘号线：36～42m、埋深在33～43m为岩溶发育区，发育有数个规模、大小不一的溶洞；另在8m处、顶板埋深约在18m为土洞，高约11m，有软质粘泥充填，局部无充填；20m处、顶板埋深约在26m为溶洞，高约2.3m，有充填；88m处、顶板埋深约在21m为溶洞，高约6m，有软质粘泥充填。分别在9m、88m处布物探验证钻孔各1个。
WT3～WT3‘号线：35～50m、埋深在18～35m；60～73m、埋深在36～47m；87～95m、埋深在16～24m为岩溶发育区，发育有数个规模、大小不一的土、溶洞；另在25m处、顶板埋深约在24m为溶洞，高约2.5m，有充填；28m处、顶板埋深约在30m为溶洞，高约1.5m，有充填；58m处、顶板埋深约在21m为溶洞，高约3.3m，有充填；68m处、顶板埋深约在14m为土、溶洞，高约1～3m不等，有充填，局部无充填；76m处、顶板埋深约在20m为溶洞，高约5.5m，有充填；80m处、顶板埋深约在26m为溶洞，高约1.8m，有充填。分别在12.5m、40m处布物探验证钻孔各1个。
WT4～WT4‘号线：0～13m、埋深在17～40m为岩溶发育区，发育有数个规模、大小不一的溶洞；另在21m处、顶板埋深约在27m为溶洞，高约2.8m，有充填；30m处、顶板埋深约在34m为溶洞，高约2.5m，有充填；45m处、顶板埋深约在41m为溶洞，高约4.2m，有充填；62m处、顶板埋深约在27m为溶洞，高约4m，有充填；85m处、顶板埋深约在22m、30m为土、溶洞，高约3～7m不等，上部土洞无充填，下部溶洞有软泥充填。分别在10m、85m处布物探验证钻孔各1个。
WT5～WT5‘号线：17～25m、埋深在30～41m；64～70m、埋深在20～34m为岩溶发育区，发育有数个规模、大小不一的溶洞；另在35m处、顶板埋深约在36m为溶洞，高约1.6m，有充填；38m处、顶板埋深约在20m为溶洞，高约2.1m，有充填；41m处、顶板埋深约在38m为溶洞，高约2m，有充填。分别在21m、67m处布物探验证钻孔各1个。
WT6～WT6‘号线：56～70m、埋深在19～44m；87～91m、埋深在26～31m为岩溶发育区，发育有数个规模、大小不一的溶洞；另在25m处、顶板埋深约在28m为溶洞，高约2.2m，有充填；82m处、顶板埋深约在15m为溶洞，高约2.5m，有充填；88m处、顶板埋深约在38m为溶洞，高约0.5m，无充填。在58m处布物探验证钻孔1个。
5钻孔验证情况
本次针对物探解释的异常共布置了10钻孔进行验证，钻探结果如下：
序号 钻孔 编号 终孔深度(m) 钻探结果 备注
1 ZK1-3 40.30 22.80～23.20m为溶洞，无充填；24.20～28.20m为溶洞，由软泥充填；29.40～30.80m为溶洞，由软泥充填。
2 ZK2-3 40.70 21.00～27.10m为溶洞，有软质粘泥充填。
3 ZK3-3 40.30 22.50～25.50m为土洞，无充填，直接掉钻；29.70～36.90m为溶洞，由软泥充填，局部掉钻。
4 ZK4-3 40.40 21.20～29.50m为土洞，主要由较软的粘泥、砾砂充填。
5 ZK5-3 40.20 19.10～24.40m为溶洞，由软泥夹少量碎岩块充填；32.50～36.00m为溶洞，由软泥充填。
6 ZK6-3 41.50 32.50～34.90m为溶洞，由碎岩块夹软泥充填。
7 ZK7-3 40.80 18.10～29.30m为土洞，由软质粘泥充填，钻进过程中漏水，局部直接掉钻，无充填。
8 ZK8-3 40.20 19.60～40.20m为微风化砾状灰岩，岩芯完整；无溶洞。
9 ZK9-3 40.30 30.20～31.30m为土洞，由软泥充填；34.70～36.10m為溶洞，由软泥充填。
10 ZK10-3 40.20 17.40～18.90m为土洞，由软质粘泥充填；30.20～34.80m为溶洞，由软泥充填。
6勘探效果概述
本次共完成物探验证钻孔10个，从钻探结果分析，有9个钻孔揭露到溶、土洞，溶洞的见洞率为90.0%。由于高密度电法是一种体积探测方法，即每个探测点所测得的视电阻率值反映的是以测点为中心一定范围土岩层随深度变化的加权平均效应，对验证钻孔未揭露到溶洞或土洞的物探异常，并不能排除钻孔旁侧有溶洞或土洞存在。因此，可以说本次岩溶工程物探专项勘察效果好，达到了预期目的。
7结束语
通过本次岩溶高密度电法勘察，有以下几点体会：
1、在野外探测时，要合理选择电极距，由于该场地的溶、土洞大小、埋深及规模不一，因此电极距不能用的太大，太大的话小的溶洞探测不到，太小的话探测深度不够，深度的溶洞探测不到。
2、在野外采集数据时，要保证电极和电缆连接良好，每天清洗电极和电缆连接点，在安插电极时，将电极和电缆连接点擦试干净，同时检查接点处有无泥土和异物，保证电极、电缆连接良好，减小接地电阻，以提高供电效能。
3、在室内资料处理时，要注意对坏点的剔除，进行必要的地形校正。
4、在岩溶发育地区采用高密度电法勘察是现行物探勘察手段中一种比较常用的有效的方法，结合钻孔互相验证，也有利于物探解释结果更加准确。
参考文献：
[1] 《电法勘探教程》 程克平编写冶金工业出版社出版2007.05
[2] 董浩斌，王传雷，分布式智能化高密度电法仪，地学仪器，（4）
[3] 董浩斌，王传雷，三维高密度电法试验，中国地球物理年刊，2001年.
[4] 王兴泰，李小琴，电阻率图象重建的佐迪（Zohdy）反演及其应用效果[J]，物探与化探
[5] 董浩斌，分布式智能化高密度电法测量系统[A]，地学仪器，1997年4期.
作者简介：吕代杰，女，1969年12月出生，1991年7月毕业于华东地质学院（现改为东华理工大学），物探系勘查地球物理专业，学士学位，1996年评为工程师职称，毕业至今先后效力于广西区310核地质大队、广西区307核地质大队，主要从事实验室化验、地质找矿、预报工程、市政工程等方面的物探勘查工作。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：高密度电法 ， 极距，岩溶 ， 勘探成果
Abstract: this paper high-density electrical method, the principle and method of exploration, and through the engineering example, discusses the high-density electrical method, exploration technology in karst exploration and application effect of aspects, and puts forward some methods to improve the effect of exploration and Suggestions.
Keywords: high-density electrical method, polar distances, karst, exploration achievement
中图分类号：K826.16文献标识码：A 文章编号：
1前言
佛山市南海区某某小区在施工过程中发现预制桩易打断的情况。根据前期完成的场地工程地质勘察资料表明，本场地岩溶及土洞较为发育，为了进一步查清该场地的岩溶发育情况，为施工设计提供依据。受业主委托，进行本次岩溶工程物探专项勘察。
2概况
本次探测目的与任务是：使用物探结合钻探验证的方法探明指定场地（1~10栋）塔楼地基溶洞及土洞的分布、埋深、规模及场地内其他不良地质现象，为基础设计、施工提供较详细的资料。
探测要求：（1）物探探测深度为40m；
（2）探明该区域内不良地层的分布情况，如软弱地层的形状、大小和埋藏深度等；
（3）探明该区域内溶洞及土洞的发育状况、分布位置、形状、大小、埋藏深度、充填状况等；
（4）初步探明该区域内基岩面的起伏状况、顶部溶洞裂隙发育状况、分布位置、形状、大小、充填情况以及在空间的相互联系状况等。
工程地质情况：根据前期钻孔揭露，场地地基土由上至下为人工填土层（Ｑml）、第四系三角洲海陆交互相冲淤积层（Qmc）、第四系残坡积层（Qedl），全风化粉砂质泥岩、泥岩，强风化紫红色泥岩、粉砂质泥岩、含砾砂岩；中风化基岩顶界标高-24.50~-9.32m，岩性为上白垩统紫红色泥岩、粉砂质泥岩、夹微风化含砾砂岩等；微风化基岩顶界标高为-37.09~-9.85m，岩性为下侏罗统杂色灰岩质砾岩及上白垩统大塱山组粉砂质泥岩。场地内在基岩为灰岩质砾岩的地段，基岩发育有溶洞，分布空间约在标高-12.54m~-25.96m之间，洞高0.50~6.70m，基本上填充有流塑状粘土；在其上覆的第四系底部粘性土层及第四系残积粘性土层中土洞也有一定程度的发育，土洞分布空间标高约在-12.02m~-31.19m，洞高约1.10m~5.70m，大部分填充有流塑状粘土或松散砾砂、风化岩块，部分无土充填但应充填有水。溶洞发育一般受断裂构造、裂隙控制，常呈带状分布；土洞一般与溶洞相伴生，常发育在基岩面附近一定的范围。
场区地球物理特征：场地土层的电阻率一般为10~50欧姆·米，溶洞（含充填物）与完整围岩存在明显的电性（电阻率）差异，溶洞（含充填物或水）的电阻率一般为5~20欧姆·米，而完整灰岩（或基岩）的电阻率一般为300~500欧姆·米；土洞及其充填物与周围土层的电阻率差异不明显。
根据现场试验和岩土的物理性质，场区各个岩土层之间电阻率存在差异，物性界面和地质界面相吻合，电阻率的变化基本反映地层和地质体的变化；工区现场无较强的工业散电流和电磁场的干扰，具备了高密度电法的良好工作条件；基本满足开展地面电法勘探的条件。
3高密度电法勘探的基本原理及工作方法
3.1 基本原理
高密度电阻率法俗称高密度电法，是近几年新兴的物探方法。电阻率法是以地壳中岩石的电阻率差异为物质基础，观测和研究人工电场的变化和分布规律，进而进行解决地质问题的一种勘探方法。
高密度电法属于电阻率法范畴，是一种阵列勘探方法。传统的电阻率法有电测深法和电剖面法。电测深法反映测点下方不同电性的岩层随深度的分布情况。电剖面法反映地下一定深度内沿水平方向地电断面的特征。高密度电法同时具备上述两种方法的特点，并弥补了传统电阻率法测点相对稀少和解释依据单一的不足。
高密度电法勘探的前提条件是地下介质间的导电性差异，和常规电法一样，它通过Ａ、Ｂ电极向地下供电（电流为Ｉ），然后测量Ｍ、Ｎ极电位差△U，从而求得该记录点的视电阻率值ρs = K*△U/I 。根据实测的视电阻率剖面进行计算、处理、分析，便可获得地层中的电阻率分布情况，从而解决相应的工程地质问题。
3.2 工作方法
在本次巖溶勘探中，将采用如下采集参数：
装置类型：温纳装置（AMNB）
电极距：2m
电极排列：60个
记录层数：20层
4资料处理及解释
高密度电法资料处理流程首先将存储在仪器内的测量数据通过传输软件传输到计算机，进行坏点删除、地形校正及格式转换等预处理，然后将数据导入Surfer软件，绘成视电阻率等值线图，图中颜色由深蓝色、兰色、绿色、黄色、紫色、浅红色、红色分别表示视电阻率值由小到大。依据等值线图上的视电阻率值的变化特征结合钻探和地质调查资料作出地质解释。
本次共布物探测线6条，测线长度95m/条，布物探验证钻孔10个。从高密度电法视电阻率成像图分析，各测线的物探解释如下：
WT1～WT1‘号线：33～46m、埋深在28～38m；67～73m、埋深在38～45m；82～94m、埋深在24～35m为岩溶发育区，发育有数个规模、大小不一的溶洞；另在18m处、顶板埋深约在14m为土洞，高约3m，有充填；58m处、顶板埋深约在42m为溶洞，高约4m，有充填；62m处、顶板埋深约在44m为溶洞，高约2m，有充填；66m处、顶板埋深约在17m为溶洞，高约3m，有充填。在83m处布物探验证钻孔1个。
WT2～WT2‘号线：36～42m、埋深在33～43m为岩溶发育区，发育有数个规模、大小不一的溶洞；另在8m处、顶板埋深约在18m为土洞，高约11m，有软质粘泥充填，局部无充填；20m处、顶板埋深约在26m为溶洞，高约2.3m，有充填；88m处、顶板埋深约在21m为溶洞，高约6m，有软质粘泥充填。分别在9m、88m处布物探验证钻孔各1个。
WT3～WT3‘号线：35～50m、埋深在18～35m；60～73m、埋深在36～47m；87～95m、埋深在16～24m为岩溶发育区，发育有数个规模、大小不一的土、溶洞；另在25m处、顶板埋深约在24m为溶洞，高约2.5m，有充填；28m处、顶板埋深约在30m为溶洞，高约1.5m，有充填；58m处、顶板埋深约在21m为溶洞，高约3.3m，有充填；68m处、顶板埋深约在14m为土、溶洞，高约1～3m不等，有充填，局部无充填；76m处、顶板埋深约在20m为溶洞，高约5.5m，有充填；80m处、顶板埋深约在26m为溶洞，高约1.8m，有充填。分别在12.5m、40m处布物探验证钻孔各1个。
WT4～WT4‘号线：0～13m、埋深在17～40m为岩溶发育区，发育有数个规模、大小不一的溶洞；另在21m处、顶板埋深约在27m为溶洞，高约2.8m，有充填；30m处、顶板埋深约在34m为溶洞，高约2.5m，有充填；45m处、顶板埋深约在41m为溶洞，高约4.2m，有充填；62m处、顶板埋深约在27m为溶洞，高约4m，有充填；85m处、顶板埋深约在22m、30m为土、溶洞，高约3～7m不等，上部土洞无充填，下部溶洞有软泥充填。分别在10m、85m处布物探验证钻孔各1个。
WT5～WT5‘号线：17～25m、埋深在30～41m；64～70m、埋深在20～34m为岩溶发育区，发育有数个规模、大小不一的溶洞；另在35m处、顶板埋深约在36m为溶洞，高约1.6m，有充填；38m处、顶板埋深约在20m为溶洞，高约2.1m，有充填；41m处、顶板埋深约在38m为溶洞，高约2m，有充填。分别在21m、67m处布物探验证钻孔各1个。
WT6～WT6‘号线：56～70m、埋深在19～44m；87～91m、埋深在26～31m为岩溶发育区，发育有数个规模、大小不一的溶洞；另在25m处、顶板埋深约在28m为溶洞，高约2.2m，有充填；82m处、顶板埋深约在15m为溶洞，高约2.5m，有充填；88m处、顶板埋深约在38m为溶洞，高约0.5m，无充填。在58m处布物探验证钻孔1个。
5钻孔验证情况
本次针对物探解释的异常共布置了10钻孔进行验证，钻探结果如下：
序号 钻孔 编号 终孔深度(m) 钻探结果 备注
1 ZK1-3 40.30 22.80～23.20m为溶洞，无充填；24.20～28.20m为溶洞，由软泥充填；29.40～30.80m为溶洞，由软泥充填。
2 ZK2-3 40.70 21.00～27.10m为溶洞，有软质粘泥充填。
3 ZK3-3 40.30 22.50～25.50m为土洞，无充填，直接掉钻；29.70～36.90m为溶洞，由软泥充填，局部掉钻。
4 ZK4-3 40.40 21.20～29.50m为土洞，主要由较软的粘泥、砾砂充填。
5 ZK5-3 40.20 19.10～24.40m为溶洞，由软泥夹少量碎岩块充填；32.50～36.00m为溶洞，由软泥充填。
6 ZK6-3 41.50 32.50～34.90m为溶洞，由碎岩块夹软泥充填。
7 ZK7-3 40.80 18.10～29.30m为土洞，由软质粘泥充填，钻进过程中漏水，局部直接掉钻，无充填。
8 ZK8-3 40.20 19.60～40.20m为微风化砾状灰岩，岩芯完整；无溶洞。
9 ZK9-3 40.30 30.20～31.30m为土洞，由软泥充填；34.70～36.10m為溶洞，由软泥充填。
10 ZK10-3 40.20 17.40～18.90m为土洞，由软质粘泥充填；30.20～34.80m为溶洞，由软泥充填。
6勘探效果概述
本次共完成物探验证钻孔10个，从钻探结果分析，有9个钻孔揭露到溶、土洞，溶洞的见洞率为90.0%。由于高密度电法是一种体积探测方法，即每个探测点所测得的视电阻率值反映的是以测点为中心一定范围土岩层随深度变化的加权平均效应，对验证钻孔未揭露到溶洞或土洞的物探异常，并不能排除钻孔旁侧有溶洞或土洞存在。因此，可以说本次岩溶工程物探专项勘察效果好，达到了预期目的。
7结束语
通过本次岩溶高密度电法勘察，有以下几点体会：
1、在野外探测时，要合理选择电极距，由于该场地的溶、土洞大小、埋深及规模不一，因此电极距不能用的太大，太大的话小的溶洞探测不到，太小的话探测深度不够，深度的溶洞探测不到。
2、在野外采集数据时，要保证电极和电缆连接良好，每天清洗电极和电缆连接点，在安插电极时，将电极和电缆连接点擦试干净，同时检查接点处有无泥土和异物，保证电极、电缆连接良好，减小接地电阻，以提高供电效能。
3、在室内资料处理时，要注意对坏点的剔除，进行必要的地形校正。
4、在岩溶发育地区采用高密度电法勘察是现行物探勘察手段中一种比较常用的有效的方法，结合钻孔互相验证，也有利于物探解释结果更加准确。
参考文献：
[1] 《电法勘探教程》 程克平编写冶金工业出版社出版2007.05
[2] 董浩斌，王传雷，分布式智能化高密度电法仪，地学仪器，（4）
[3] 董浩斌，王传雷，三维高密度电法试验，中国地球物理年刊，2001年.
[4] 王兴泰，李小琴，电阻率图象重建的佐迪（Zohdy）反演及其应用效果[J]，物探与化探
[5] 董浩斌，分布式智能化高密度电法测量系统[A]，地学仪器，1997年4期.
作者简介：吕代杰，女，1969年12月出生，1991年7月毕业于华东地质学院（现改为东华理工大学），物探系勘查地球物理专业，学士学位，1996年评为工程师职称，毕业至今先后效力于广西区310核地质大队、广西区307核地质大队，主要从事实验室化验、地质找矿、预报工程、市政工程等方面的物探勘查工作。
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