刘 成，王 俊
（中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司，云南 昆明 650051）
摘 要：工程物探作为工程勘察的重要手段，凭借着高效、无损、高密度、低成本的特点，在路基岩溶勘察中发挥着重要的作用。但单一的物探方法会受到地质及地球物理条件的限制，从而使物探精度受到影响。运用综合物探方法能够提高物探成果分析质量与地质解释精度，满足工程勘察的需要。文章结合工程实例，使用高密度电法和地质雷达法进行路基岩溶勘探。由于这两类不同的物探方法体现了不同物理特性，通过对这两种物探方法取得的成果相互比较和综合分析，并结合地质资料得到的综合物探成果，经钻孔验证，取得了很好的勘探效果。同时，还对使用的物探方法的原理、技术、资料的解释等应当注意的问题进行了说明。
关键词：综合物探；路基岩溶勘察；高密度电法；地质雷达
在实际工程基础勘察中，往往需要选择一种或多种物探方法来评价和判断岩溶的道路情况。虽然某一种地球物理勘探方法的选择，避免了传统的勘察方法，如地质钻探工作量大，投资多，周期长）只能在一个单点调查，分布在地层不能做“无缝连接”，以及钻井结果点与缺点，不过，地球物理勘探具有多解性，在一个单一的地球物理勘探方法上，都有其适应性和局限性。例如：①公路路基岩溶探测，探地雷达检测技术的主要限制因素之一是探测深度，其检测深度的主要限制是由介质的特性的影响，如电导率和电磁波的衰减成正比，如果天线的频率是固定的，介质的电导率越高，衰减越大，探测深度较浅；②由于在地面雷达波的传播是非常复杂的，公路路基岩溶勘探环境、建设、调查和交叉工作，各种噪声和杂波干扰非常严重，如何正确识别各种杂波和噪声，提取有用的信息是探地雷达记录解释的重要环节，对解释者解释经验要求较高；③由于高密度电阻率法的局限性，岩溶发育的范围和范围只能被划分。诸如洞穴等不利的地质体的尺度特征不能精确地定义；开挖区高阻异常的检测应考虑路基不密实和松散的可能性，并考虑是不是完整基岩的影响。
单一地球物理方法存在不足，应综合物探方法。根据对应于不同的地球物理勘探方法的物理性质，有针对性的选择几种物探方法技术的结合，强调互相补充，既能有效地提高地球物理勘探结果及结果分析的地质解释精度，质量和满足工程地基勘察的需要。
1.1 高密度电法勘探原理
高密度电法实际上是一种集中式电剖面法和电测深法。原理与普通电阻率法是相同的。不同的是在观测中设置的高密度观测点。电极的排列长度和点距的大小直接影响着高密度电法对地下目标物的勘探能力，排列越长勘探深度越大，点距越小对目标体的相对勘探精度越高。高密度电法在复杂的岩溶地区也有较好的效果，具有高效率、高数据量、高分辨率、直观直观等特点[1]。采用高密度电法进行复杂的岩溶地区不仅省时，而且有效。
1.2 地质雷达勘探原理
地质雷达依据电磁波脉冲在地下传播的原理进行工作。发射天线将高频（106～109Hz或更高）的电磁波以宽带短脉冲形送入地下，被地下介质（或埋藏物）反射，然后由接收天线接收。工区各介质物性参数如表1所述。
某高速公路根据前期工程地质勘察资料和施工过程中均发现岩溶发育路基，根据工程施工进度与现场地质情况，对某标段匝道里程桩号AK1+130m～AK1+185m进行物探勘察。物探工作布置如图1所示。
表1 工区各介质物性参数表
介质名称 介质电阻率（Ω.m） 相对介电常数第四系松散层（黏土） 1～200 8～12灰岩 50～6000 7～8砂岩 10～1000 6
图1 物探工作布置图
如图2所示，为（AK1+130m～AK1+195m）地质雷达解释成果图，采集方式为连测，仪器为SIR-30E路面探测雷达，100M天线。在一个新的勘察工作区，通常情况下应该实时对各地层作介电常数测定，才能够比较准备的解释异常埋深和范围，此工区介电常数选取为8.0。雷达测试时由小桩号向大桩号，成果图可见，在剖面3～9m（里程桩号AK1+133m～AK1+138m），深度1.0～7.0m存在的一些蚯蚓状同相轴，呈倾斜状，推测可能为溶蚀裂隙的反映；在剖面36～48m（里程桩号AK1+166m～AK1+178m），深度4.0～9.0m雷达波形振幅显著增强且变化，波形杂乱，存在的一些弧形绕射和蚯蚓状同相轴，推测可能为溶蚀破碎。
如图3所示，为高密度电法电阻率剖面图。根据雷达发现的反射异常中心（里程桩号AK1+174m），结合地质地形与现场施工条件，重合反射异常中心布置了一条高密度电法测线。采集使用E60D高密度电法仪，采用2m电极距布置排列，测线长度62m（与反射异常重合位置为桩号24m），采用温纳装置，采集13层。由图可见在剖面桩号20.2～29.6m，深度3.8～8.6m发现一个高阻异常区域，推测该区域路基松散，溶蚀破碎。
综合分析以里程桩号AK1+174m为中心，布置的地质雷达测线和高密度电法均发现物探异常区域，异常区域推断可能为岩溶发育区：雷达波形振幅显著增强且变化，波形杂乱，存在明显的弧形绕射和蚯蚓状同相轴，推测可能含有溶腔、溶洞；高密度电法相对高阻异常推测溶腔、溶洞可能为空腔、空洞，可能不是填充型溶蚀发育。
图2 地质雷达解释成果图
图3 高密度电法电阻率剖面图
为了验证资料解释推断的可靠性，在里程桩号AK1+174m布置物探钻孔，如图4所示。①岩芯照片显示4.0～11.6为溶蚀空洞，取芯取不上来；②全孔壁数字成像发现溶蚀空洞，参考空洞深度为4.1～8.0m。验证了物探解释。
图4 AK1+174m钻孔岩芯照片
此次综合物探在工区挖方路段，部分路基和多数路肩有基岩出露情况下首先采用地质雷达进行勘探，圈释出异常区域范围，再采用高密度电法进行勘探。由雷达波形振幅特征推测出含有溶腔、溶洞，由高密度电法的相对高阻异常排除了填充型溶蚀发育，推测异常为空腔、空洞。最后由物探钻孔，全孔壁数字成像予以验证，深度吻合查明岩溶探测区深部路基的发展状况是行之有效的。
基于这一总体目标，主要有三点：
（1）综合物探和钻探相结合。路基岩溶区域复杂多样，岩溶充填物具有不确定性和不均匀性，地质雷达圈画出的物探异常区域很难选择一个通用的处理标准来解释；由于高密度电法的局限性，可以划分出岩溶发育的规模和范围，并没有准确划分出洞穴等质量差体的尺度特征。因此，路基岩溶勘探不仅可以在钻井或仅在地球物理勘探，首先应该是一个地球物理勘探工作重点，指导钻井布局合理的典型地区，减少钻探工作量，加快工程的勘探速度，降低勘探成本；然后钻将钻探验证调查指南地球物理勘探提高工程质量。
（2）必须有综合物探的想法。地球物理勘探中的应用都是在一定的地质和地球物理条件，比如：公路路基岩溶探测，探测深度是探地雷达探测技术的主要限制之一；对于同一地球物理异常的解释，可以得出结论，有不同甚至截然相反的结论。这就是所谓的地球物理异常的多解性。例如：高密度电法勘探发现异常高阻不应只考虑路基不密实，可能松动，还要考虑是否完成基岩的影响，高密度电法进行勘探发现低阻异常有可能是溶蚀发育充填型溶洞，也可能是路基回填整平的粘土或第四系。
（3）所谓综合物探，绝不是各种方式和手段的随意罗列，也不是投入的方法和手段越多越好，但应该是最好的方法或手段的组合，能够达到技术的可靠，经济的合理[2]。我们要认真抓住勘探要求（如目标层深度、勘探精度等），以不同的方式来反映不同的物理特性，从各个角度验证结论的可靠性，获得勘探目标信息。
参考文献：
[1]任小丽.地震勘探技术在煤层气勘探开发中的应用[J].工程技术研究,2017,(6):85-86.
[2]陈海燕.岩溶地区隧道大溶洞处理建议[J].工程技术研究,2017,(1):202-203.
[3]李添翼.超低频地质雷达在岩溶勘探中的应用研究[J].铁道工程学报,2012,29(3):6-11.
[4]刘好正.既有铁路覆盖型岩溶路基病害整治的勘察设计[J].铁道勘察,2010,36(4):84-87+104.
[5]苏鹏.综合物探在岩溶区铁路路基与隧道病害探测中的应用研究[D].成都理工大学,2015.
中图分类号：U213.1
文献标志码：A
文章编号：2096-2789（2017）11-0060-02
作者简介：刘成（1968-），男，本科，物探高级工程师，研究方向：工程物探及工程质量检测。
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