多种物探手段在青木园2﹟隧道勘察中的应用
骆建文 李茜
【摘要】为解释和判断隧道断面岩层及发育的不良地质体，在本次青木园2#隧道勘察过程中运用浅层反射地震法和高密度电法对其进行辅助勘探。推断灰岩段有溶洞存在，岩溶较发育，连通性差；进、出洞口处岩石较破碎，稳定性差；隧道轴线穿越地段围岩区域内，围岩岩体总体较完整，局部存在破碎、裂隙较发育，隧道围岩的稳定性总体较好。钻探资料显示，ZK4深度在15.0m～55.0m处，岩体破碎，岩溶、大裂隙发育并间断相联吻合，64.0m处出现的低阻区域，推测为钻孔钻进时水、泥浆等低阻物充填了溶洞及裂隙。
【关键词】隧道勘察；泥盆系；浅层反射地震；高密度电法；温纳装置；反演
1.工程概况
青木园2#隧道（见图1）位于四川省广元市朝天区蒲家乡，进口端属于山垭村二组，出口端属于山垭村六组，水平长度为1333.7m，属中长隧道。隧道纵断面形式为“人”字坡隧道，进口段：坡度为6.27%（约3.9°）；出口段：坡度为-1.0%（约-0.573°），隧道洞身净断面尺寸为3.0m×3.8m（宽×高），该隧道为单建山体隧道。
2.地形地貌
（1）隧址区地处龙门山、米仓山构造带的交接带，内外地质应力强烈作用，龙门山、米苍山及其以北山地上升，四川盆地大幅沉降，地形地貌主要受地质构造和岩性制约，表现为构造侵蚀中山地貌。
（2）隧址穿越区山体整体走向北西——南东向，区内最高海拔为1346.1m，最低点为出口沟谷内，海拔高程927.3m，相对高差418.8m。山体斜坡坡度40°～50°，局部地段60°～80°。隧道进口位于斜坡中下部阶梯状平台处，山体斜坡坡度25°～30°，其下方为阶梯状缓坡。隧道出口位于斜坡中部平台，位于兰成渝伴行路内侧，整体斜坡坡度45°～50°，局部区域斜坡坡度60°～70°，出口下方为切割严重的深沟，地形坡度较大，较为破碎。隧道穿越轴线整体上陡下缓。
3.地层岩性
隧址区域的地层特征见表1：
4.工程物探
4.1浅层反射地震勘探。
4.1.1地球物理条件。
根据勘察，隧址区地层主要为第四系全新统、三叠系下统铜街子组泥岩（T1t）、二叠系茅口组灰岩（P1m）、泥盆系中统观雾山组白云质灰岩（D2g）和志留系中——上统泥岩（S2+3），各岩层之间波阻抗介质层之间存在波速差异，具备进行浅层地震反射法勘探的地球物理条件。
4.1.2测线布置及参数设置。
（1）为有效查找地下不良地质体，布置试验剖面2条，长度分别为141.0m、235.0m，勘探主剖面1条，沿隧道中轴线布置，起点为隧道入口桩向外延伸60.0m，终点为隧道出口桩向外延伸62.0m，长度1435.0m，合计浅层地震剖面长度1811.0m。
（2）此次浅层反射地震勘探使用锤击震源，多次锤击效果叠加得到地震记录。地震勘探的观测系统及具体的野外数据采集参数见表2。
4.1.3资料解释。
（1）图2、图3为浅层反射地震深度剖面图，图上显示在深度约为30.0m、55.0m、120.0m出现明显的反射波连续同相轴，反射波能量不均匀，根据波速特征，结合地质资料，推断为岩体物性变化引起的反射界面，分段具体解释如下。
（2）0.0m（QMY2C1）至255.0m段：反射波同相轴较连续，整体各层波速较低，泥岩断续出露，推断此段地下为泥岩；崩坡积层分布于地表，初至反射波同相轴埋深25.0m－35.0m，根据地质调查资料，本段崩坡积厚0.00m～13.87m，据此推断，崩坡积与泥岩接触面未形成反射界面，不产生反射波，初至反射波为强风化泥岩与中风化泥岩分界面所反射；反射波能量反射不均匀，表明岩体较破碎；试验结果显示第四系松散层波速为Vp（松）=600～800m/s。强风化泥岩厚5m～25m，波速为Vp（泥岩）=800～1400m/s，中风化泥岩厚20～50m，波速为Vp（泥岩）=2100～2600m/s，微——未风化泥岩波速为Vp（泥岩）>3000m/s。
（3）255.0m至1227.0m段：反射波同相轴连续性较差，整体各层波速较较高，灰岩断续出露，且钻孔揭露下部为灰岩，故推断此段地下为灰岩。反射波同相轴有缺失或有绕射现象，反射波能量时而衰减快，时而衰减慢，推断有溶洞存在，岩溶较发育，但连通性差。强风化灰岩厚度变化大，一般厚10.0m～25.0m不等，波速为Vp（灰岩）=1400～2000m/s；中风化灰岩厚20.0m左右，波速为Vp（灰岩）=3500～4000m/s；微——未风化灰岩波速为Vp（灰岩）>4000m/s。
（4）1227.0m至1333.7（QMY2C2）段：反射波同相轴较连续，整体各层波速较低，泥岩连续出露。反射波能量反射不均匀，表明岩体较破碎。强风化泥岩厚15.0m～25.0m，波速为Vp（泥岩）=800～1400m/s；中风化泥岩厚20.0m－30.0m，波速为Vp（泥岩）=2100～2600m/s；微～未风化泥岩波速为Vp（泥岩）>3000m/s。
4.2高密度电法勘探。
4.2.1地球物理条件。
根据钻孔资料揭露，岩体较破碎、岩溶发育。为查明该段穿越工程潜在的不良地质体，在该区域内进行高密度电法测试。该区域覆盖层为第四系坡积层，基岩为二叠系茅口组灰岩，覆盖层视电阻率值在20～200Ω·m间，查找目标体在有效电场范围内，地电数据能从周围地电干扰因素中有效分离出来，周围地质环境具备电法勘察条件。
4.2.2测线布置及测试参数。
（1）为查明ZK4附近不良地质体范围，在该孔附近十字交叉法布置测线2条，01剖面穿过ZK4，长度126.0m，02剖面沿隧道中轴线布置，长度110.0m，合计长度236.0m。两条剖面交点在中轴线上，ZK4在01剖面64.0m处。场地情况及测线布置见图4。
（2）此次测试采用E60CN高密度电法仪，该仪器具有24位转换精度，测试电极距为2.0m，采用恒流的方式进行数据采集。为便于对比解释，采用两种装置形式（温纳装置、二极装置）进行数据采集。此次高密度电法具体参数见表3。
4.2.3反演成果解译。
图5～8为测试剖面反演成像图，图像资料显示电性界限明显，呈明显层状结构。01剖面覆盖层厚度为4.0m～10.0m，视电阻率值为30.0Ω·m～700.0Ω·m；灰岩层，视电阻率值在700.0Ω·m～3000.0Ω·m；02剖面显示，该剖面上覆盖层厚度为5.0m～25.0m，视电阻率值为30.0Ω·m～700.0Ω·m；灰岩层视电阻率值为700.0Ω·m～3500.0Ω·m。
5.结论
5.1浅层反射地震解释结论。
隧道中轴线上，覆盖层厚度0～13.87m，波速为Vp（松）=600～800m/s，强风化泥岩、灰岩厚度5.0m～25.0m，波速分别为Vp（泥岩）=800～1400m/s，Vp（灰岩）=1400～2000m/s；中风化泥岩、灰岩的厚度25.0m～50.0m，波速分别为Vp（泥岩）=2100～2600m/s，Vp（灰岩）=3500～4000m/s；微～未风化泥岩、灰岩的波速分别为Vp（泥岩）>3000m/s，Vp（灰岩）>4000m/s。推断灰岩段有溶洞存在，岩溶较发育，连通性差；进、出洞口岩石较破碎，稳定性差；隧道轴线穿越地段围岩区域内，围岩岩体总体较完整，局部较破碎、裂隙较发育，隧道围岩的稳定性总体较好。
5.2高密度电法解释结论。
由图像资料解译，两条剖面交叉位置，深度20.0m～65.0m，宽度为中轴线左侧约40.0m，右侧约50.0m范围内，灰岩视电阻率值大于3000.0Ω·m，为异常高阻。与钻探资料联合解释，可得到以下结论：ZK4深度在15.0m～55.0m岩体破碎岩溶、大裂隙发育并间断相联吻合，64.0m处出现的低阻区域，判断为钻孔钻进时水、泥浆等低阻物充填了溶洞及裂隙。
参考文献
［1］傅良魁.电法勘探教程［M］.北京：地质出版社，1982.
［2］朴化荣.电磁测深法原理［M］.北京：地质出版社，1990.
［3］强建科，阮白尧，熊彬.浅部不均匀体目标体电阻率异常影响的研究［J］.地球物理学报，2004.47（3）.542～548.
［4］江玉乐，康万福，张楠等.高密度电法在岩溶勘察中的应用［J］.成都理工大学学报（自然科学版），2007.34（4）.452～455.
【摘要】为解释和判断隧道断面岩层及发育的不良地质体，在本次青木园2#隧道勘察过程中运用浅层反射地震法和高密度电法对其进行辅助勘探。推断灰岩段有溶洞存在，岩溶较发育，连通性差；进、出洞口处岩石较破碎，稳定性差；隧道轴线穿越地段围岩区域内，围岩岩体总体较完整，局部存在破碎、裂隙较发育，隧道围岩的稳定性总体较好。钻探资料显示，ZK4深度在15.0m～55.0m处，岩体破碎，岩溶、大裂隙发育并间断相联吻合，64.0m处出现的低阻区域，推测为钻孔钻进时水、泥浆等低阻物充填了溶洞及裂隙。
【关键词】隧道勘察；泥盆系；浅层反射地震；高密度电法；温纳装置；反演
1.工程概况
青木园2#隧道（见图1）位于四川省广元市朝天区蒲家乡，进口端属于山垭村二组，出口端属于山垭村六组，水平长度为1333.7m，属中长隧道。隧道纵断面形式为“人”字坡隧道，进口段：坡度为6.27%（约3.9°）；出口段：坡度为-1.0%（约-0.573°），隧道洞身净断面尺寸为3.0m×3.8m（宽×高），该隧道为单建山体隧道。
2.地形地貌
（1）隧址区地处龙门山、米仓山构造带的交接带，内外地质应力强烈作用，龙门山、米苍山及其以北山地上升，四川盆地大幅沉降，地形地貌主要受地质构造和岩性制约，表现为构造侵蚀中山地貌。
（2）隧址穿越区山体整体走向北西——南东向，区内最高海拔为1346.1m，最低点为出口沟谷内，海拔高程927.3m，相对高差418.8m。山体斜坡坡度40°～50°，局部地段60°～80°。隧道进口位于斜坡中下部阶梯状平台处，山体斜坡坡度25°～30°，其下方为阶梯状缓坡。隧道出口位于斜坡中部平台，位于兰成渝伴行路内侧，整体斜坡坡度45°～50°，局部区域斜坡坡度60°～70°，出口下方为切割严重的深沟，地形坡度较大，较为破碎。隧道穿越轴线整体上陡下缓。
3.地层岩性
隧址区域的地层特征见表1：
4.工程物探
4.1浅层反射地震勘探。
4.1.1地球物理条件。
根据勘察，隧址区地层主要为第四系全新统、三叠系下统铜街子组泥岩（T1t）、二叠系茅口组灰岩（P1m）、泥盆系中统观雾山组白云质灰岩（D2g）和志留系中——上统泥岩（S2+3），各岩层之间波阻抗介质层之间存在波速差异，具备进行浅层地震反射法勘探的地球物理条件。
4.1.2测线布置及参数设置。
（1）为有效查找地下不良地质体，布置试验剖面2条，长度分别为141.0m、235.0m，勘探主剖面1条，沿隧道中轴线布置，起点为隧道入口桩向外延伸60.0m，终点为隧道出口桩向外延伸62.0m，长度1435.0m，合计浅层地震剖面长度1811.0m。
（2）此次浅层反射地震勘探使用锤击震源，多次锤击效果叠加得到地震记录。地震勘探的观测系统及具体的野外数据采集参数见表2。
4.1.3资料解释。
（1）图2、图3为浅层反射地震深度剖面图，图上显示在深度约为30.0m、55.0m、120.0m出现明显的反射波连续同相轴，反射波能量不均匀，根据波速特征，结合地质资料，推断为岩体物性变化引起的反射界面，分段具体解释如下。
（2）0.0m（QMY2C1）至255.0m段：反射波同相轴较连续，整体各层波速较低，泥岩断续出露，推断此段地下为泥岩；崩坡积层分布于地表，初至反射波同相轴埋深25.0m－35.0m，根据地质调查资料，本段崩坡积厚0.00m～13.87m，据此推断，崩坡积与泥岩接触面未形成反射界面，不产生反射波，初至反射波为强风化泥岩与中风化泥岩分界面所反射；反射波能量反射不均匀，表明岩体较破碎；试验结果显示第四系松散层波速为Vp（松）=600～800m/s。强风化泥岩厚5m～25m，波速为Vp（泥岩）=800～1400m/s，中风化泥岩厚20～50m，波速为Vp（泥岩）=2100～2600m/s，微——未风化泥岩波速为Vp（泥岩）>3000m/s。
（3）255.0m至1227.0m段：反射波同相轴连续性较差，整体各层波速较较高，灰岩断续出露，且钻孔揭露下部为灰岩，故推断此段地下为灰岩。反射波同相轴有缺失或有绕射现象，反射波能量时而衰减快，时而衰减慢，推断有溶洞存在，岩溶较发育，但连通性差。强风化灰岩厚度变化大，一般厚10.0m～25.0m不等，波速为Vp（灰岩）=1400～2000m/s；中风化灰岩厚20.0m左右，波速为Vp（灰岩）=3500～4000m/s；微——未风化灰岩波速为Vp（灰岩）>4000m/s。
（4）1227.0m至1333.7（QMY2C2）段：反射波同相轴较连续，整体各层波速较低，泥岩连续出露。反射波能量反射不均匀，表明岩体较破碎。强风化泥岩厚15.0m～25.0m，波速为Vp（泥岩）=800～1400m/s；中风化泥岩厚20.0m－30.0m，波速为Vp（泥岩）=2100～2600m/s；微～未风化泥岩波速为Vp（泥岩）>3000m/s。
4.2高密度电法勘探。
4.2.1地球物理条件。
根据钻孔资料揭露，岩体较破碎、岩溶发育。为查明该段穿越工程潜在的不良地质体，在该区域内进行高密度电法测试。该区域覆盖层为第四系坡积层，基岩为二叠系茅口组灰岩，覆盖层视电阻率值在20～200Ω·m间，查找目标体在有效电场范围内，地电数据能从周围地电干扰因素中有效分离出来，周围地质环境具备电法勘察条件。
4.2.2测线布置及测试参数。
（1）为查明ZK4附近不良地质体范围，在该孔附近十字交叉法布置测线2条，01剖面穿过ZK4，长度126.0m，02剖面沿隧道中轴线布置，长度110.0m，合计长度236.0m。两条剖面交点在中轴线上，ZK4在01剖面64.0m处。场地情况及测线布置见图4。
（2）此次测试采用E60CN高密度电法仪，该仪器具有24位转换精度，测试电极距为2.0m，采用恒流的方式进行数据采集。为便于对比解释，采用两种装置形式（温纳装置、二极装置）进行数据采集。此次高密度电法具体参数见表3。
4.2.3反演成果解译。
图5～8为测试剖面反演成像图，图像资料显示电性界限明显，呈明显层状结构。01剖面覆盖层厚度为4.0m～10.0m，视电阻率值为30.0Ω·m～700.0Ω·m；灰岩层，视电阻率值在700.0Ω·m～3000.0Ω·m；02剖面显示，该剖面上覆盖层厚度为5.0m～25.0m，视电阻率值为30.0Ω·m～700.0Ω·m；灰岩层视电阻率值为700.0Ω·m～3500.0Ω·m。
5.结论
5.1浅层反射地震解释结论。
隧道中轴线上，覆盖层厚度0～13.87m，波速为Vp（松）=600～800m/s，强风化泥岩、灰岩厚度5.0m～25.0m，波速分别为Vp（泥岩）=800～1400m/s，Vp（灰岩）=1400～2000m/s；中风化泥岩、灰岩的厚度25.0m～50.0m，波速分别为Vp（泥岩）=2100～2600m/s，Vp（灰岩）=3500～4000m/s；微～未风化泥岩、灰岩的波速分别为Vp（泥岩）>3000m/s，Vp（灰岩）>4000m/s。推断灰岩段有溶洞存在，岩溶较发育，连通性差；进、出洞口岩石较破碎，稳定性差；隧道轴线穿越地段围岩区域内，围岩岩体总体较完整，局部较破碎、裂隙较发育，隧道围岩的稳定性总体较好。
5.2高密度电法解释结论。
由图像资料解译，两条剖面交叉位置，深度20.0m～65.0m，宽度为中轴线左侧约40.0m，右侧约50.0m范围内，灰岩视电阻率值大于3000.0Ω·m，为异常高阻。与钻探资料联合解释，可得到以下结论：ZK4深度在15.0m～55.0m岩体破碎岩溶、大裂隙发育并间断相联吻合，64.0m处出现的低阻区域，判断为钻孔钻进时水、泥浆等低阻物充填了溶洞及裂隙。
参考文献
［1］傅良魁.电法勘探教程［M］.北京：地质出版社，1982.
［2］朴化荣.电磁测深法原理［M］.北京：地质出版社，1990.
［3］强建科，阮白尧，熊彬.浅部不均匀体目标体电阻率异常影响的研究［J］.地球物理学报，2004.47（3）.542～548.
［4］江玉乐，康万福，张楠等.高密度电法在岩溶勘察中的应用［J］.成都理工大学学报（自然科学版），2007.34（4）.452～455.
