前言

灰岩是一种较为特殊的岩石，作为可溶性碳酸盐岩的灰岩分布区，通常发育溶沟、溶槽等溶蚀带以及溶洞，甚至引起上覆第四系内部土洞发育。灰岩地区岩溶、土洞发育的地段，在矿井排水、大量开采地下水等引起地下水动力条件改变或机械振动等因素诱发下常发生地面塌陷等地质灾害。1998、1999年红都瑞金沙洲坝地区频繁发生地面塌陷，导致中央政治局旧址部分陷塌，就是当地多个养鳗场大量开采地下水而引发的岩溶塌陷；2002年5月，清萍104km处发生的路面塌陷，是由于灰岩溶蚀而引起上覆第四系土洞发育，在行驶车辆振动下而引发的。

灰岩区的岩溶等不良地质体的发育具一定的规律性，但在较小范围的特定区内，其出现有着随机性，钻探勘查仅提供点上资料，也具有一定的随机性，要详细查明区内岩溶等地质体纵、横向发育情况，仅靠钻探方法投入较大，也难以达到理想的效果。

在岩溶塌陷频发区进行区域性灾害地质调查，查明岩溶塌陷的分布规律与塌陷的诱发因素，是灾害治理的前提，可为城镇发展规划及地方经济发展提供有价值的基础地质资料。在灰岩分布区进行桥梁、高速公路等基础施施工时，岩溶、土洞的发育会引发塌陷而影响工程施工甚至造成设备损失或人员伤亡。因此，在勘察设计阶段，需查明区内岩溶、土洞等地质体的发育情况，并进行相应的处理。

物探方法是岩溶地质调查的重要手段，通过物探方法可以获得灰岩分布区岩溶等不良地质体的纵、横向发育及展布的资料。物探工作在岩溶勘察中的主要任务是查明区内第四系内部土洞发育情况、灰岩埋深、灰岩分布范围、岩溶及可能与灰岩岩溶发育有关的断裂发育情况。高密度电法近年来发展起来的物探方法，广泛应用于区域性岩溶灾害调查及工程勘察中。

1 灰岩区电性特征简析

第四系松散地层电阻率值一般为n×10Ω##8226;m，砂、卵石成分较高时可达n×l02Ω##8226;m，灰岩的电阻率值较高，一般达n×l02～n×l03Ω##8226;m。灰岩与第四系地层的电阻率存在明显差异。第四系内部土洞发育时，将形成相对高阻异常。灰岩内部发育的岩溶通常充填低电阻率的充填物而形成相对低阻异常。断裂带位置易形成溶蚀，而使得断裂带与上、下盘围岩通常存在电性差异。因此，在灰岩分布区具备应用高密度电法了解灰岩埋深、分布范围、查明土洞、岩溶、断裂发育情况的地球物理前提。

2 高密度电法工作原理

高密度电法属直流电阻率法，测量结果为二维视电阻率断面。高密度电法具有点距小、数据密度大、工作效率高的特点，能较直观、准确地反映地下电性异常体的形态。其工作流程见图1。

高密度电法野外数据采集是确定采集参数后，通过主机控制多路电极转换器经由电极系形成供电、测量的数据自动采集系统。数据采集完成后，通过通讯程序将原始数据传入计算机进行数据转换、地形校正、二维反演后输出二维地电断面图即完成整个采集与处理全过程。

3 高密度电法在岩溶勘察中的应用实例

我们引入高密度电法以来，先后在赣北的九江、赣南赣州市、赣西的宜春市、新余市、湖南等岩溶地区进行高密度电法工作，获得了一些较好的资料。下面简单介绍几段实测断面。

3．1 确定灰岩埋深及第四系土洞发育情况

高密度电法测量结果为二维电阻率断面，由于第四系与灰岩之间是个差异极大的电性界面，高密度断面中测量结果开始反映灰岩电性时，视电阻率值快速上升，等值线变密。这是判别基岩面埋深的重要标志。在高密度测量断面中，低电性的第四系内部出现相对高阻异常圈闭，往往是第四系内部土洞发育的判别标志。

2002年5月，清萍公路104km附近的灰岩分布区发生一处路面塌陷，塌陷中心位于公路中央，塌陷范围约30m2，陷坑深约4m。图2是布置于塌陷陷坑旁侧的高密度电法温纳装置测量断面，90桩号对应陷坑中心位置。断面显示：塌陷位置灰岩埋深约为18m，第四系内部出现3处高阻异常圈闭。根据区内地质及高密度断面测量结果分析：塌陷为第四系内部土洞所致；90桩号正下方的高阻异常是引起塌陷的土洞反映，大桩号方向相应深度另有两处土洞发育，其中102桩号下方异常规模较大，推断土洞发育深度为5～8m，灰岩面深21m。

3．2 查明岩溶及断裂的发育情况

湖南常张高速公路甘堰段为灰岩分布区，该区岩溶发育。图3是1线试验段高密度电法剖面，断面走向为SN向，断面中灰岩内部有2处规模较大的低阻异常带。断面西侧有一溶沟出露，此溶沟长约50 m，深达10余m，东西向展布，距测线100 m处为第四系覆盖。按其走向推断，此溶沟经断面200桩号位置。断面200—220桩号的低阻异常带，应是此溶沟的异常反映，断面中140桩号下部的低阻异常带是较大规模的充填型岩溶的异常反映。

在灰岩地区，岩溶发育往往与基岩断裂关系密切。查明基岩断裂，是研究岩溶发育与分布规律前提之一。图4是江西宜春市区岩溶灾害调查5线某段高密度电法测量断面。断面200桩号为界，大桩号基岩表现为低阻，为二叠系小江边组碳质页岩；往小桩号基岩表现为高阻，是灰岩电性的反映。120桩号位置，灰岩内部有一低阻异常带存在，综合区内地质资料推断，此异常带应为二叠系狮子形组灰岩与石炭系黄龙组灰岩的断裂接触带。在120桩号布置了验证钻孔，钻探结果：12.2～19m为充填型岩溶；19～21.5m为石炭系黄龙组灰岩；21.5～33m为断层角砾岩；33～60 m为下二叠系狮子形组灰岩。

3．3 确定灰岩的分布区域

灰岩分布区才是岩溶塌陷灾害的易发区，因此，在隐伏基岩区确定灰岩的分布范围，也是岩溶勘察主要工作内容。非可溶岩的电阻率值与灰岩有明显差异时，应用高密度电法确定灰岩的分布区域也能取得很好的效果。

宜春市区分布的非可溶岩为电阻率值较低的二叠系小江边组碳质页岩。图5中800桩号处反映两边基岩电性差异较大，由此确定非可溶的碳质页岩与灰岩的界线。

赣南某水泥厂初选厂址下伏基岩分布有溶蚀发育的二叠系灰岩与白坚系红砂岩，必须查明灰岩及红砂岩的分布范围，以便承重要求较高的窑头窑尾的设计。图6是该区某段高密度电法测量断面，断面中180桩号两侧基岩表现出明显的电性差异，小桩号段为高阻灰岩的电性反映，大桩号段为低阻红砂岩的电性反映。

4 结论

高密度电法兼具剖面法和测深的功能，具点距小、数据采集密度大的特点，能较直观、形象地反映断面电性异常体的形态、产状等。在灰岩分布区应用高密度电法了解第四系土洞发育、灰岩岩溶、断裂发育情况以及确定灰岩的分布情况，能取得较好的地质效果。高密度电法断面结果反映的是灰岩与上覆第四系地层的平均电性反映，当灰岩表面溶蚀发育而呈锯齿状时，断面测量资料能反映灰岩面总体起伏状况。地形起伏地段的断面实测结果，应进行二维地形校正，以消除地形影响，使测量断面与实际断面更接近。

探地雷达、浅震法也是岩溶勘察的有效物探方法。灰岩分布区，地形、地质情况相对复杂，各种物探方法都受一定条件限制，如高密度电法要求接地条件较好并有一定的排列展布长度，因此，在城区等一些地形、地物条件相对复杂的地区进行岩溶物探勘察时，应进行综合物探勘察，利用不同方法对不同的地形、地物、地质条件适用性，尽可能多地获取物探资料进行综合解释，便能取得理想的勘察效果。