跨孔电阻率CT法在岩溶精确勘探中的应用研究

Renquan, ZHAO Penghui and LIAO Shun. Application of cross - holo resistivity CT method in accurate exploration of Karsr [ J ]. Jour­

nal oO Catastrophology, 2019, 34(S1 )： 142 -145. doi： 10. 3969/j. issn. 1000 -811X. 2019. Z1. 029.]跨孔电阻率CT法在岩溶精确勘探中的应用研究俞仁泉，赵鹏辉，廖顺(贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司，贵州贵阳550001)摘要：贵州碳酸盐岩分布广泛，岩溶问题突出，给各类工程建设造成极大的安全隐患和巨大损失，岩溶勘察

尤显重要。当前岩溶勘探以物探方法为主，但各方法本身存在局限性，影响岩溶的精细化勘探。在分析岩溶物 理电性特征的基础上，选择跨孔电阻率CT法，并从应用的角度出发，研究跨孔电阻率CT法孔内电极接地、各

装置对比、数据采集方式等多方面内容，得出跨孔电阻率CT法是一种方便、高效、高精度和高分辨率的物探方

法，在岩溶地区具有极大的应用前景，并以实例举证说明(关键词：物探；跨孔电阻率CT法；岩溶勘探中图分类号：X43； X915. 5 : P642 文献标志码：A 文章编号：1000 -811X(2019) S1 -0142 -04doi： 10. 3969/j. issn. 1000 -811X. 2019. Z1. 029西南地区碳酸盐岩广泛分布，尤其在贵州， 占全省总面积的73%，岩溶地质问题在省内十分 突出，给公路、铁路、水利、轨道交通等地下工 程建设造成极大安全隐患和巨大损失。岩溶是具有溶蚀力的地下水对可溶岩石进行 溶蚀作用形成的，它以溶蚀作用为主，还包括流 水的冲蚀、潜蚀，以及坍陷等机械侵蚀过程。故 地下水的运动及分布规律基本决定了岩溶的发育 规律［1］，在垂直方向上岩溶发育可划分为四个带: 包气带，主要发育落水洞；季节变动带，主要发 育大型溶洞、暗河；饱水带，主要发育水平状岩 溶管道；缓流带，岩溶微发育。在岩溶勘察工作中，了解岩溶地区岩溶发育 规律和特点，是岩溶勘探的基础，也是选择采用 何种勘察手段和方法的基础。选择高效的手段和 方法，不但能准确查明岩溶洞穴的位置、规模、 埋深等，还可有效节约工期、节省投资。目前针对岩溶的勘探，通常以物探探测为主， 并结合钻探、槽探等其它多种方法、手段同时进 行。其中物探根据工作点的位置，分为地表物探 和孔内物探2种。地表物探主要是高密度电法、瞬 变电磁法、音频大地电磁法、地质雷达法等方法 探测效果最佳，但各方法本身也存在局限性，如 高密度电法，体积效应显著；瞬变电磁法、音频 大地电磁法易受地表电磁干扰、地貌影响；地质 雷达法探测深度受限，只能探测岩溶的顶界面, 也易受场地条件限制和干扰影响。孔内物探方法 主要有电磁波CT法、弹性波CT法和电阻率CT 法，前2种方法应用较多，但在探测距离、激发震收稿日期：2019 -05 -30和 面 约； 电 率 CT较少，处于应用研究阶段。在分析岩溶物理电性 特征的基础上，我单位选择跨孔电阻率CT法对其 开展研究，包括理论基础、数值模拟、孔内电极 接地、各装置对比、数据采集方式等多方面内容。研究 ， 跨 电 率 CT 一 、 高 效、高精度和高分辨率的物探岩溶探测方法，具

有广泛的应用前景［2-7］(1跨孔电阻率CT法原理及工作方法跨孔电阻率CT法，其原理类似于地面直流电 法，也是以地壳中岩土体的导电性差异为物质基 础，通过观测与研究人工建立的地中电场的分布 规律 决工 地质问题的一 电 勘 ( 但

由于其电极在地下，激发的电场在地下，相较于 传统的地面直流电阻率法，跨孔电阻率CT法能获 得更为丰富的数据、较小的地面电磁干扰和显著 降低体积效应，因此在进行精细化目标探测和地 层电性描述时能取得更好的结果(根据点电源场拉普拉斯方程，得点电流源在 地下时⑻，电位为式中：I为镜像法求解时观测点与虚电流源间的 距离。跨孔电阻率CT法测量分为二极、三极和四极基金项目：2015年贵州省交通厅科技项目“岩溶地区跨孔电阻率CT勘探技术研究”(2015 - 121 - 021)第一作者简介：俞仁泉(1979 -)男，浙江绍兴人，高级工程师，现从事工程物探工作.E-maO： 750586403@qq. cm增刊

俞仁泉，等：跨孔电阻率CT法在岩溶精确勘探中的应用研究143,经细 、对比 的电极布 式和所得模拟视电阻率数值的幅值、稳性等，确 定四 为所有测 式中的最佳方式。则四 视电阻率计算公式如下:止(丄+丄-丄-丄-丄-丄A'M BM B'M AN A'N +丄BN +丄).MN _4& AM B'N)'(2)__________________4&_________________ !@mn$1 (而+而_而_丽1 ] ] ] -硕_丽+丽+丽)] ] ] ] * I ((3)

A'、B为镜像法求解时所设虚电流源(2工程实例2. 1实例1拟建某大桥为 ， K30 + 646 ~K31 +222,全长567 m。 跨山间沟谷，桥轴线经过的地面标高介于1 127. 3 ~ 1 071. 2 m,相对 高差56. 1 m。场区 化剥蚀、流水浸蚀、溶蚀 等 ，地貌类型属溶蚀-侵蚀型低中'地貌。 场区 为残坡积层红粘土，基岩为二叠系下栖霞群灰岩。13号墩ZK77号钻孔时，揭露溶洞，

具体钻孔信息如下：ZK77 : 0 ~ 7. 8 m，粉质粘土； 7.8 ~ 8. 3 m，化灰岩；8.3~16.9 m， ，中 14. 8 ~16.9 m充填粘土； 16. 9 ~ 19. 7 m,中 化灰岩; 19.7~20.7m， ，未充填；20.7~35.5m，中化灰岩( 1 )。图1 ZK77岩芯照片利用ZK76、ZK78两 ZK77进行跨孔电阻率 CT 测试，ZK78-ZK76 间 10.5 m, ZK78 - ZK77 间 5.5 m, ZK77-ZK76 间距 5 m,三孔位 于一直线上(图2)(测量电极距1 m,测量范围0 ~28. 0 m,测量

孔 ZK78 高 1131.050 m, ZK77 高1130.970 m, ZK76 高 1 131.010 m,以ZK78钻 为原点， 为正。测试反 如图3所。3：(1) 浅视电阻率数值的变化基本反映了基岩面起伏形态，与钻 一致。(2) ZK78钻 4.4 ~7.4 m空洞，由于未充 填，此范围内电极未参与数据采集，且空 .寸 大，反 为高阻区，与实际情况符合。(3) ZK77 钻孔 8.3 ~ 16.9 m , 未充填空洞高6.5 m, 充填粘土段洞高2.1 m,反与其较一致， 为高阻区， 充填段 为 常区， 区的分布范围，断 宽约6. 5 mo19.7~20.7m未充填 ，由于 高较小，仅1m,反 为 ， 区的分布范围，推断 ZK78 ZK76 ,宽度约7.5 mo22.8~28.0m段 为较 区域，对比ZK77钻孔岩芯 ，此处 岩芯22. 8 ~ 28 m段，岩芯 块状、块，岩体 ( 1 )(述 、对比， 跨电阻率CT法

测 与实际岩体地质情况一致，说电阻率CT 查 间的岩 穴和 育区,且精度高、分辨率高。2. 2实例2拟建特大桥为 ， 为K0 +549 ~K0 +978,全长429 m。 跨越乌，桥轴线通段地面高 303.0 ~438.8 m 间， 高135.8 m。地貌类型属溶蚀型低山地貌。桥区为残坡积 土、人工填土、回填 土；伏基岩为 系 坝组白云岩。2. 2. 1 ZK20 - ZK23 跨钻孔ZK22 墩度范围内遇见小型溶洞，深度18. 1 -19.0 m，洞高0. 9 m。选择钻孔ZK20、23 CT 法测试，ZK20 - ZK23 间 18.7 m,ZK22 ZK20 - ZK23 断面 2. 5 m。跨孔CT测量深度范围为4.0~44.0m,测量144灾害学34卷孔ZK20孔口高程为402- 045 m, ZK22 高程为403.049 m, ZK23 高程为 400.024 m,以 ZK20钻 所 为原点， 为正。跨孔电阻率CT反 如图4所示。由图4:四槌装衣文件电阻申轴， 为正。跨孔电阻率CT反演结果如图6所示。由图6:图4 CT反演成果与钻探结果对比图图6 CT反演成果与钻探结果对比图(1) CT反 常 布在：ZK20钻 22 m 反 底部,两中间16.5 -18.5 m和29.5~30.5m段，以及靠近ZK23深 36 ~43 m 段。(2) ZK20钻 24 m至反 底部低

常区，对比ZK20钻岩芯 ，在

24~35 m段，岩体 ，岩芯呈块状、碎块， 说明岩体 育。16 5 19.5 常区， 正ZK22钻 18. 1 ~ 19- 0 m段充填 ，扌 断 常为 ， 断面左 ，岩育区( 、蚀 )宽度约6.5 m。(3) 针对上述2处 常的验证，推断两孔中间 29- 5 -30.5 m 段、靠近 ZK23 36 ~ 43 m 段 较 区为岩体 育， 小型 。述 、对比， 跨电阻率CT法

查了岩体的岩 育及 情况，刍 靠、准确o2.2.2 ZK30-ZK34 跨孔测ZK30-ZK34 间 18. 5 m，ZK32 ZK30 -ZK34断面0.9 m。图5为ZK32钻孔岩芯 ((1) 反 2处 常区，分别位于两孔中间深17.7 ~21.7 m段和49.7 ~ 51.7 m段。(2) 两测量孔中间深17. 7 ~ 21. 7 m段 .异常区， ZK32钻 14. 0~ 16. 7 m段岩体，段岩芯 、少 块状，岩体 育，段岩体岩芯呈短 、块，岩体质量较

此段好o49.7~51.7m 段 常区， ZK3241.0~46.0m段岩体，此段岩芯 块状、块 ， 段岩体岩芯呈短 o述 、对比，跨电阻率CT法准确

查 了 岩体 的 育 情 况， 靠、 ，且精度高、分辨率高。3结论电阻率CT法的实际测试， 与地质钻情况一致，不 测1 ~2 m岩 穴的发育态、 、大小等特征，也 测溶蚀 【带的发育范围，判断岩体的完 度。证 了跨孔电阻率CT法具有高分辨率、高 度的优点，是一

细的岩溶勘 。参考文献:[1]

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球物理学进展，2010, 25(5)： 1833 - 1840.\"7#王俊超,师学明，万方方，等•探测孤石高阻体的跨孔电阻

率CT水槽物理模拟实验研究\"J#. CT理论与应用研究，2012, 21(4) ： 647 -657.\"8 # 李金铭.地电场与电法勘探\"M#.北京：地质出版, 2005.Application of Cross-hole Resistivity CT Method in Precise

Karst ExplorationYU Renquan, ZHAO Penghui and LIAO Shun(Guizhou Transportation Planning, Survey and Design Research Institute Co. , Lad , Guiyang 550001 , China)Abstract: Carbonate rocks are widely distributed in Guizhou, and karst problems are prominent, which couso

great potential safety hazards and huge losses to vvwous engineewng construction. Karst exploration is particularlygnportant. At present, geophysicol prospecting is the main method of karst exploration, but each method has its

own limimtions, which affects the fine exploration of karst. Based on the analysis of the physicol and electWcol charactewstics of karst, the cross-hole resistivity CT method is selected. From the point of view of its application, the grounding of the electrode in the hole, the compaason of vvwous devices and the way of data acquisition are

studied. A is concluded that the cross-hole resistivity CT method is a convenient, ficient, high precision and highresolution geophysicol exploration. The method has great application prospects in karst aress and i Clustrated byexamples.Key words: geophysicol prospecting ； cross-hole resistivity CT method; Karst exploration(上接第133页)Analysis of Special Roadbed Treatment Measeres

for General Highway s TibetWANG Yongchao

(Beijing Jiaoke Highway Survey and Design Research Institute Co. , Ltd. , Beijing 102209, China)Abstract: According to the charactewstics of TiCet reaion, economy and highway construction conditions,

oomboned woth thespeooaaeoadbed teeatmentmeasueesoepaetooopatongpeoueots, thospapeesummaeoaesseeeeaaspec ooaaeoadbed teeatmenteoemsoeoedonae thoed and eoueth geadehoghwaTson Tobeteegoon, suoh asooapse, aandc

saode, debeoseaowand debeoseaow, eto.Thespeooaaeoadbed teeatmentshouad adoptTobetan aand.TheaeeaoseasT

tooonsteuot, oomboned woth h oghwaTg eade , eae aob ae d osposa a. Geoaogooaaand hTdeoaogooaasueeeTshouad be steengthened, dTnamoodesogn peonoopaeshouad beompaemented, enough atentoon shouad bepaod toeneoeonmentaa

eaotoes, soastoaeood thedamageoesteuotueessuoh asdeaonageand peoteotoon on oompaeaeneoeonmentand toaec

eeottheteeatmenteeeot.Atthesametome, theoommon hoghwaThastheohaeaoteeostoosoepaTongequaaatentoon to

maontenanoe.Weshouad setup theoonoeptoeoompeehensoeemaontenanoeand estabaosh themeohanosm oeemeec genoThoghwaTmaontenanoesoastoaohoeeethebesteeotoespeooaaeoadbed teeatment.Key words: ordinae highway; collapse; landslide; debas flow; -11x0 flow; treatment