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摘要：本文着重介绍了高密度电法、地质雷达法（电磁法）及水力层析扫描法在地层非均质特征探测方面的国内外研究现状，并基于岩溶含水层的探测应用方面对比分析了几种方法的原理、优劣势和适用条件。
关键词：岩溶含水层;非均质性;探测方法
引言
我国西南地区岩溶地貌发育程度较高且分布广泛，约占我国陆地面积的三分之一，总分布面积达340×104 km2，出露面积有91×104 km2。带来了许多工程和水文地质问题，如水库坝址、水库邻谷、水库库区发生大规模的管道型渗漏或涌水等问题，致使工程建设推迟、费用增加，甚至有相当数量的小水库成为废库。由于岩溶介质具有极大的不均匀性，是评价复杂地下水系统时所面临困难的最根本原因。[ ]因此，在地下含水层模拟研究中，如何能有效地将含水层的非均质特性精确地刻画出来，是目前需要解决的科研问题之一。本文着重探究三种物探方法，包括高密度电法、地质雷达法（电磁法）、层析扫描法在含水层结构特征探测方面的国内外研究现状，并对比分析了以下两种方法的优劣势和适用条件。
1 岩溶含水层非均质特征
在传统的多孔介质流体力学中，区分确认非均质性和均质性两个概念的反映指标是渗透率。[ ]岩溶含水层的非均质性表现在其复杂的地质形态，尤其是岩溶发育程度较高的我国西南区域，常常具有孔隙-裂隙-裂缝-管道-溶洞-地下河等多种形态中的几种耦合组成。由于孔隙、裂隙、裂缝、管道、溶洞、地下河的含水率较高，且大小不等，形状不一，含水量不同，孔隙率和渗透率也不同，且碳酸鹽岩自身的孔隙率和渗透率很低，因而在岩溶含水层的不同结构面来看，不同区域、高度的渗透系数相差很大，甚至能够达到相差几个数量级的程度。因而可知，根据岩溶含水层的非均质特性，也为了避免钻探损害浅层地下空间，利用其地质参数差异化的分布特征，通过刻画其渗透系数场或电阻率场是较为高效的选择。
2 探测方法研究进展
2.1 探地雷达探测
探地雷达法是利用了天线发射和接收高频电磁波来探测地层的内部结构特性和分布规律。赵忠海[ ]把探地雷达应用于地裂缝、岩溶塌陷、滑坡以及活动断裂的调查，并说明了探地雷达的方法在地质灾害的探测中具有无损、快速、准确的工作特点。杨耀，羊春华，曾国[ ]等利用探地雷达查明了广西某隧道岩溶性质及其在空间上的发育形态，并说明使用探地雷达方法时一定要注意控制客观环境，因为其要求相当苛刻，例如地质形态中如若有金属类、机具类、电缆类或者侧壁和电磁信号等，将对雷达的有效信号造成一定程度的干扰。赵云威，朱自强，鲁光银[ ]等以琼北地区某高速公路溶洞探测为例，对所获取的溶洞探测结果的典型异常特征及判别标准进行了详细分析，并说明探地雷达的方法可以很好地应用在地表破碎严重且导电性很差的区域。钟世航，孙宏志[ ]等通过探地雷达设备探测和预报了岩溶裂隙水、溶洞等隐患，并得出结论：将陆地声纳法、瞬变电磁法和探地雷达组合起来，这种基于探地雷达的组合式方法，能够较好地探测和预报断层及地下水、溶洞、暗河等的位置。刘文峰，张振勇[ ]等采用探地雷达调查了岩溶的发育情况，并说明探地雷达探测应用在探测岩溶裂隙的发育情况效果快速有效，如果将工程钻探与探地雷达的方法相结合的话效果更佳。吴昊，杨晓华，温世儒[ ]等对岩溶区富水破碎带的探地雷达频谱特进行了定量分析，证明探地雷达方法能够较好地应用在富水破碎带。葛颜慧等[ ]在沪蓉西高速公路乌池坝隧道联合应用高密度电法与地质雷达法精确预报了岩溶水，并且说明探地雷达法能够很好地应用在断裂带，特别是能够很好地识别含水的破碎带。
2.2 高密度电法
高密度电阻率法是一种阵列勘探方法，利用岩石或土体的导电性差异，通过人工施加稳定电流/电阻率场，探测浅层电流/电阻率分布规律。刘晓东等 例举了高密度电法在江西省新余市某中的找水工程的实际应用，并指出高密度电法具有测量精度高，效率高的优点，能够应用于管线探测岩溶调查和找水工程中。严加永等 指出高密度电法高分辨率能有效地应用在浅层地质结构，并且同时指出，二维反演仍是目前应用高密度电法的主流反演方式，但三维反演方法的应用在不断地增加，三维反演乃至四维反演是未来高密度电法更好地应用在工程实际的发展趋势。郭志东[ 将高密度电法应用于辽阳弓长岭露天矿边坡勘察。蔡晶晶等[ ]采用高密度电法对南京地铁3号线进行岩溶勘察，并指出接地条件太差会影响到高密度电法的实施。江玉乐等[ ]等应用高密度电法在某高速公路进行岩溶勘察，并指出高密度电法更适合初期勘测，后期勘测要结合适量的钻探。
3 结论
综合以上3种传统物探方法的研究进展进行对比分析，本节将从优势、缺陷、适用条件三个方面总结上述各个方法的特点。探地雷达对断裂带、溶洞等形态的岩溶含水层具有良好的探测性能，但雷达容易受到干扰，处理数据时相对繁琐，探测精度与探测深度成反比，适用于浅层富水含水层，且适用于探测规模和位置。高密度电法对地质条件有一定要求，存在电极极化问题，但探测精度较高，效率较高，应用于探测较小溶洞时效果较差。
参考文献：
束龙仓，张颖，鲁程鹏.管道-裂隙岩溶含水介质非均质性的水文效应[J].南水北调与水利科技，2013，11（01）：115-121.
渗透性参数非均质特征的研究进展
赵忠海.探地雷达在地质灾害调查方面的应用[J].中国地质灾害与防治学报，2002，13（2）：100-102.
杨耀，羊春华.探地雷达在隧道岩溶普查中的应用[J]. 物探与化探， 2010，34（3）：410-414.
赵云威，朱自强，鲁光银，等.地质雷达在玄武岩地区溶洞勘察中的应用[J]. 公路工程， 2012，37（3）：204-208.
钟世航，孙宏志，李术才，等.隧道及地下工程施工中岩溶裂隙水及断层、溶洞等隐患的探查、预报[J]. 岩石力学与工程学报， 2012，31（z1）：3298-3327.
刘文峰，张振勇.探地雷达在岩溶地基探测中的应用[J]. 物探与化探， 2014，（3）：624-628.
吴昊，杨晓华，温世儒.岩溶区富水破碎带探地雷达频谱特征研究[J]. 公路交通科技， 2018，35（12）：90-94.
葛颜慧，李术才，张庆松，李利平，刘斌.基于风险评价的岩溶隧道综合超前地质预报技术研究[J].岩土工程学报，2010，32（07）：1124-1130.
刘晓东，张虎生，朱伟忠.高密度电法在工程物探中的应用[J].工程勘察，2001（04）：64-66.
严加永，孟贵祥，吕庆田，张昆，陈向斌.高密度电法的进展与展望[J].物探与化探，2012，36（04）：576-584.
郭志东.高密度电阻率法在露天采场边坡稳定性评价中的应用[J].科技资讯，2014，12（15）：75-76.
蔡晶晶，阎长虹，王宁，邵勇，郑军，汤志刚.高密度电法在地铁岩溶勘察中的应用[J].工程地质学报，2011，19（06）：935-940.
江玉乐，康万福，张楠，张朝霞.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（04）：452-455.
作者简介：马琛（1995.4-）女，汉族，籍贯：新疆昌吉州，学历：硕士研究生，研究方向：水利工程灾害形成机理及防治。
关键词：岩溶含水层;非均质性;探测方法
引言
我国西南地区岩溶地貌发育程度较高且分布广泛，约占我国陆地面积的三分之一，总分布面积达340×104 km2，出露面积有91×104 km2。带来了许多工程和水文地质问题，如水库坝址、水库邻谷、水库库区发生大规模的管道型渗漏或涌水等问题，致使工程建设推迟、费用增加，甚至有相当数量的小水库成为废库。由于岩溶介质具有极大的不均匀性，是评价复杂地下水系统时所面临困难的最根本原因。[ ]因此，在地下含水层模拟研究中，如何能有效地将含水层的非均质特性精确地刻画出来，是目前需要解决的科研问题之一。本文着重探究三种物探方法，包括高密度电法、地质雷达法（电磁法）、层析扫描法在含水层结构特征探测方面的国内外研究现状，并对比分析了以下两种方法的优劣势和适用条件。
1 岩溶含水层非均质特征
在传统的多孔介质流体力学中，区分确认非均质性和均质性两个概念的反映指标是渗透率。[ ]岩溶含水层的非均质性表现在其复杂的地质形态，尤其是岩溶发育程度较高的我国西南区域，常常具有孔隙-裂隙-裂缝-管道-溶洞-地下河等多种形态中的几种耦合组成。由于孔隙、裂隙、裂缝、管道、溶洞、地下河的含水率较高，且大小不等，形状不一，含水量不同，孔隙率和渗透率也不同，且碳酸鹽岩自身的孔隙率和渗透率很低，因而在岩溶含水层的不同结构面来看，不同区域、高度的渗透系数相差很大，甚至能够达到相差几个数量级的程度。因而可知，根据岩溶含水层的非均质特性，也为了避免钻探损害浅层地下空间，利用其地质参数差异化的分布特征，通过刻画其渗透系数场或电阻率场是较为高效的选择。
2 探测方法研究进展
2.1 探地雷达探测
探地雷达法是利用了天线发射和接收高频电磁波来探测地层的内部结构特性和分布规律。赵忠海[ ]把探地雷达应用于地裂缝、岩溶塌陷、滑坡以及活动断裂的调查，并说明了探地雷达的方法在地质灾害的探测中具有无损、快速、准确的工作特点。杨耀，羊春华，曾国[ ]等利用探地雷达查明了广西某隧道岩溶性质及其在空间上的发育形态，并说明使用探地雷达方法时一定要注意控制客观环境，因为其要求相当苛刻，例如地质形态中如若有金属类、机具类、电缆类或者侧壁和电磁信号等，将对雷达的有效信号造成一定程度的干扰。赵云威，朱自强，鲁光银[ ]等以琼北地区某高速公路溶洞探测为例，对所获取的溶洞探测结果的典型异常特征及判别标准进行了详细分析，并说明探地雷达的方法可以很好地应用在地表破碎严重且导电性很差的区域。钟世航，孙宏志[ ]等通过探地雷达设备探测和预报了岩溶裂隙水、溶洞等隐患，并得出结论：将陆地声纳法、瞬变电磁法和探地雷达组合起来，这种基于探地雷达的组合式方法，能够较好地探测和预报断层及地下水、溶洞、暗河等的位置。刘文峰，张振勇[ ]等采用探地雷达调查了岩溶的发育情况，并说明探地雷达探测应用在探测岩溶裂隙的发育情况效果快速有效，如果将工程钻探与探地雷达的方法相结合的话效果更佳。吴昊，杨晓华，温世儒[ ]等对岩溶区富水破碎带的探地雷达频谱特进行了定量分析，证明探地雷达方法能够较好地应用在富水破碎带。葛颜慧等[ ]在沪蓉西高速公路乌池坝隧道联合应用高密度电法与地质雷达法精确预报了岩溶水，并且说明探地雷达法能够很好地应用在断裂带，特别是能够很好地识别含水的破碎带。
2.2 高密度电法
高密度电阻率法是一种阵列勘探方法，利用岩石或土体的导电性差异，通过人工施加稳定电流/电阻率场，探测浅层电流/电阻率分布规律。刘晓东等 例举了高密度电法在江西省新余市某中的找水工程的实际应用，并指出高密度电法具有测量精度高，效率高的优点，能够应用于管线探测岩溶调查和找水工程中。严加永等 指出高密度电法高分辨率能有效地应用在浅层地质结构，并且同时指出，二维反演仍是目前应用高密度电法的主流反演方式，但三维反演方法的应用在不断地增加，三维反演乃至四维反演是未来高密度电法更好地应用在工程实际的发展趋势。郭志东[ 将高密度电法应用于辽阳弓长岭露天矿边坡勘察。蔡晶晶等[ ]采用高密度电法对南京地铁3号线进行岩溶勘察，并指出接地条件太差会影响到高密度电法的实施。江玉乐等[ ]等应用高密度电法在某高速公路进行岩溶勘察，并指出高密度电法更适合初期勘测，后期勘测要结合适量的钻探。
3 结论
综合以上3种传统物探方法的研究进展进行对比分析，本节将从优势、缺陷、适用条件三个方面总结上述各个方法的特点。探地雷达对断裂带、溶洞等形态的岩溶含水层具有良好的探测性能，但雷达容易受到干扰，处理数据时相对繁琐，探测精度与探测深度成反比，适用于浅层富水含水层，且适用于探测规模和位置。高密度电法对地质条件有一定要求，存在电极极化问题，但探测精度较高，效率较高，应用于探测较小溶洞时效果较差。
参考文献：
束龙仓，张颖，鲁程鹏.管道-裂隙岩溶含水介质非均质性的水文效应[J].南水北调与水利科技，2013，11（01）：115-121.
渗透性参数非均质特征的研究进展
赵忠海.探地雷达在地质灾害调查方面的应用[J].中国地质灾害与防治学报，2002，13（2）：100-102.
杨耀，羊春华.探地雷达在隧道岩溶普查中的应用[J]. 物探与化探， 2010，34（3）：410-414.
赵云威，朱自强，鲁光银，等.地质雷达在玄武岩地区溶洞勘察中的应用[J]. 公路工程， 2012，37（3）：204-208.
钟世航，孙宏志，李术才，等.隧道及地下工程施工中岩溶裂隙水及断层、溶洞等隐患的探查、预报[J]. 岩石力学与工程学报， 2012，31（z1）：3298-3327.
刘文峰，张振勇.探地雷达在岩溶地基探测中的应用[J]. 物探与化探， 2014，（3）：624-628.
吴昊，杨晓华，温世儒.岩溶区富水破碎带探地雷达频谱特征研究[J]. 公路交通科技， 2018，35（12）：90-94.
葛颜慧，李术才，张庆松，李利平，刘斌.基于风险评价的岩溶隧道综合超前地质预报技术研究[J].岩土工程学报，2010，32（07）：1124-1130.
刘晓东，张虎生，朱伟忠.高密度电法在工程物探中的应用[J].工程勘察，2001（04）：64-66.
严加永，孟贵祥，吕庆田，张昆，陈向斌.高密度电法的进展与展望[J].物探与化探，2012，36（04）：576-584.
郭志东.高密度电阻率法在露天采场边坡稳定性评价中的应用[J].科技资讯，2014，12（15）：75-76.
蔡晶晶，阎长虹，王宁，邵勇，郑军，汤志刚.高密度电法在地铁岩溶勘察中的应用[J].工程地质学报，2011，19（06）：935-940.
江玉乐，康万福，张楠，张朝霞.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（04）：452-455.
作者简介：马琛（1995.4-）女，汉族，籍贯：新疆昌吉州，学历：硕士研究生，研究方向：水利工程灾害形成机理及防治。