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摘要：水源充沛的南方地区，石灰岩地层常见溶蚀裂隙、溶洞、暗河等岩溶发育现象。岩溶构造往往使得基岩完整性差，强度等级降低，且岩溶发育除宏观上满足水文地质规律，在局部具有分散性及不规则性，对建设工程安全形成潜在威胁。本文介绍了高密度电法在探测地下暗河岩溶构造的应用实例，表明高密度电法在南方石灰岩地区工程勘察中具有良好应用效果。
关键词：高密度电法；岩溶勘查；应用
引言
岩溶构造往往使得基岩完整性差，强度等级降低，且岩溶发育除宏观上满足水文地质规律，在局部具有分散性及不规则性，对建设工程安全形成潜在威胁。近年来，我国城市建设发展迅速，国内的建筑工程建设也正在高速发展，在整个建筑过程中岩溶是建设中基础处理问题，也是重要的地质问题。岩溶地区地形比较复杂，通常会有一些不良的地质现象，例如溶蚀带、溶洞、土洞等，这些不良地质情况会严重影响路基工程质量，会延长建设周期，影响施工进度等。因此，岩溶性地质结构勘探工作的技术质量水平，对于我国岩溶地带建设施工项目的综合施工作业效果，以及工程项目使用者的生命财产安全状态具备深刻的影响作用。岩溶地区的工程地质勘察不仅要探明基岩的起伏，还必须查明区内的溶蚀带、溶洞、土洞等不良地质体的发育和分布特征。由于岩溶现象发育规律不明显，影响因素多，空间变化大，地调钻探等，常规勘探手段不能完全满足查明其分布和特征的要求，有必要借助于工程物探手段。高密度电法是一种新型的勘探地质方法，可以利用岩溶与所处岩体在电性上存在的差别，快速的探测出区域内的地质特征、岩体结构、岩溶分布等地质构造，再经过钻探等常规的勘探方法进一步验证，对工程地质勘察结果作到既准确又经济。
一、高密度电法的简介
高密度电法是从常规电阻率法发展来的一种有效的工程物探方法，又称为高密度电阻率法。运用该方法的前提是确定地下介质间存在着导电性差异，通过正负电极向下进行导电，对电极之间电位差进行测量得出具体的电阻率，然后根据在施加电场作用下地下传导电流的分布规律，推断地下具有不同电阻率的地质体的赋存情况。根据实测的视电阻率剖面，进行计算、分析，便可获得地层中的电阻率分布情况，从而可以划分地层，判定异常等。相对于常规电阻率法来说，高密度电法具有以下几个优点：
（1）采用高密度电法可以有效进行多种电极排列方式的测量，能够获得更多的有关地电结构状态的地质信息；（2）高密度电法的应用可以保证资料的实时和脱机处理，提高电阻率法的智能化；（3）高密度电法的应用可以一次性完成电极布设，从而减少电极设置带来的干扰和测量误差的出现；（4）应用高密度电法可以快速，且自动化的采集和收录各种数据，能够有效避免人工操作导致的失误现象的出现。
二、高密度电法的原理
高密度电法基本原理源于常规电法，是以地层岩性的电阻率差异为基础，通过电极向地下供电，形成人工电场，采用测量电极测量该电场的电位差及电流。利用电场的分布与地下岩土介质的相关关系，根据公式（1）求得地下不同位置介质的视电阻率，获得地下介质视电阻率ρs的分布规律，并根据视电阻率差异及地质规律，推断解释地下地质结构。
视电阻率计算公式（1）：
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高密度电法通过人工完成布极后，根据设定的相应装置参数，仪器自动完成各电极排列的连续滚动供电及测量。温纳装置形式在运用当中压制干扰的能力及测量数据的稳定性相对较高。这种排列供电电极A B、测量电极M N均以中心原点O对称，通过A B、M N自动连续滚动采集进行测量，形成一个倒梯形的数据断面。
三、工作方法与技术
装置选择。本次高密度电阻率法工作开展装置选择试验，采用温施装置（图1中上两幅图为温施装置测量结果）、偶极装置（图1中下两幅图为偶极装置测量结果）测量同一剖面，并对结果进行比较。
由图可以看出：原始等值线中剖面左段：温施装置、偶极装置都呈中阻异常。反演电阻率等值线中温施剖面以420m为中心的低阻异常深度加大，中心位置变为390m；偶极剖面以340m为中心的低阻异常中部变为相对高阻层，中心位置变为325m，与视电阻率等值线特征相比变化较大。综合考虑抗干扰能力，异常复杂程度，本次工作选择温施装置测量。在电极距5m，隔离系数为30时，供电极距AB最大为305m，最大测深（AB/4）为70m左右，工作参数满足测量深度要求。
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图1高密度电法装置选择对比
四、高密度电法在岩溶勘查工作中的具体应用
本文选择位于某条高速穿越灰岩分布区，需采用高密度电法对该段岩溶地质进行勘查，探明下方岩溶漏斗、溶洞等发育情况，为不良地质处治或路线方案拟定提供判断依据。
1.工程概况及方法
本次物探工作区地貌属低山丘陵区，地表起伏大、植被较好，位于沟谷中一侧，地形地质条件复杂，岩溶发育。前期在对其进行地质勘探时发现，场区内上层为粉质黏土，下部基岩为灰岩及泥质灰岩。其中，粉质黏土为灰褐色，含少量碎石，表层含植物根系；灰岩及泥质灰岩，浅灰色，层状构造，主要矿物成分方解石，节理裂隙发育，岩芯呈短柱状，有少量碎块状。这些条件有利于开展高密度电法勘探工作。
本次勘查根据工程区的具体地形及地貌条件，在工程点布置一条长300米的物探剖面。所使用的重庆奔腾为 WDJD-4型号高密度电阻率测量系统及配套的辅助设备。根据前期搜集的资料及工程点的具体情况，采用温纳电极装置，最大层数为16层，基本点距为5米，测量极距为5米，供电电压为270V，最小测量信号大于5mv，采用一次布设60根电极，布极方式的理论测量深度为40m，能够基本满足勘探要求。这种为固定断面扫描测量，电极排列成倒梯形，整理实测数据，利用配套的专业软件对其进行计算，并应用CAD软件将其绘制成电阻率等值断面图。
2.资料成果解释
勘查结果显示，在岩溶区岩性为灰岩及泥质灰岩的，电阻率较高，介于2000～8000Ω•m之间，最高可达20000Ω•m；当有明显的低阻异常，电阻率在60～150Ω•m，或低于60Ω•m时，表明该层有土洞或溶蚀区等不良地质构造。通过整个勘测过程，查明了本段高速公路岩溶洼地下方的不良地质体发育特征，探测成果是二维剖面，可较为直观形象地反映出不良地质体的空间特征，为高速公路选线和工程处治方案设计提供了依据。总之，高密度电法可以有效指挥整个勘探工作，短时间内准确有效地找到存在异常地质构造的位置，指导整个勘察工作快速有效的进行，最终做出正确的工程地质评价。
结束语
高密度电法是一种高效的岩溶勘查手段，具有自动化程度高、工作效率高、形象直观等优点，在地质探查、工程建设等方向具有明显的指示作用，随着该方法的深入研究与发展，将在更多的探测领域发挥关键重要的作用。
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