高密度電阻率法在巖溶探測中的應(yīng)用

賈同福， 尹志勇， 湯洪志

(東華理工大學(xué)勘察設(shè)計研究院，江西撫州 344000)

高密度電阻率法在巖溶探測中的應(yīng)用

賈同福， 尹志勇， 湯洪志

(東華理工大學(xué)勘察設(shè)計研究院，江西撫州 344000)

巖溶不僅會導(dǎo)致基巖面起伏很大，而且會產(chǎn)生較多的溶蝕帶、溶洞、土洞等不良地質(zhì)現(xiàn)象，對于建筑物的結(jié)構(gòu)安全影響很大。介紹了高密度電阻率法的基本原理及特點，應(yīng)用該方法對景德鎮(zhèn)市某場地進(jìn)行了巖溶探測。通過對視電阻率二維成像圖異常形態(tài)、高低阻等的特征分析，推斷了該場地的巖溶分布范圍、大小和埋深。經(jīng)鉆探驗證，推斷結(jié)果與鉆探資料吻合，為建筑物的基礎(chǔ)設(shè)計及施工提供了重要的參考價值和指導(dǎo)意義。

高密度電阻率法;巖溶;探測

隨著我國建筑事業(yè)的發(fā)展，高層、超高層、重型廠房等建筑越來越多，對工程勘察的要求也越來越高，尤其是巖溶發(fā)育地區(qū)。巖溶不僅會導(dǎo)致基巖面起伏很大，而且會產(chǎn)生較多溶蝕帶、溶洞、土洞等不良地質(zhì)現(xiàn)象，對建筑物結(jié)構(gòu)安全的影響越來越大。近年來，由巖溶發(fā)育引起的地面塌陷(王建軍等，2008)、建筑物不均勻沉降等災(zāi)害數(shù)量越來越多，直接威脅著人們的生命和財產(chǎn)安全。因此，有必要對巖溶地區(qū)進(jìn)行探測，查明基巖起伏、溶蝕帶和溶洞等不良地質(zhì)現(xiàn)象，為設(shè)計和施工提供科學(xué)的依據(jù)。高密度電阻率法是一種陣列勘探方法，具有數(shù)據(jù)量豐富、成本低、受場地干擾小等優(yōu)點(董浩斌等，2003)，在環(huán)境污染調(diào)查、工程地質(zhì)調(diào)查、壩基及橋墩選址、采空區(qū)及地裂縫等眾多領(lǐng)域取得明顯的地質(zhì)效果和顯著的經(jīng)濟(jì)效益(董路等，2008;段來成，2008;湯洪志等，1997;孔繁良等，2008;李建華等，2007)。

1 高密度電阻率法的基本原理及特點

高密度電阻率法是以探測地下目標(biāo)體與圍巖之間的導(dǎo)電性差異為基礎(chǔ)的一種地球物理勘探方法，研究在人工施加穩(wěn)定電流場的作用下，地中傳導(dǎo)電流的分布規(guī)律，從而解決水文地質(zhì)、工程地質(zhì)和環(huán)境問題。野外測量時只需將全部電極(幾十至上百根)置于觀測剖面的各測點上，然后利用程控電極轉(zhuǎn)換裝置和微機(jī)工程電測儀便可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動采集。將測量結(jié)果送入微機(jī)后，可對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并給出關(guān)于地電斷面分布的各種圖示結(jié)果(劉國興，2005)。其工作流程圖見圖1。相對于常規(guī)電阻率法，高密度電阻率法具有如下優(yōu)點:

(1)電極布設(shè)一次性完成，測量過程中無須更換電極，這不僅減少了因電極設(shè)置引起的干擾和故障，減小了測量誤差，而且大大提高了工作效率，為野外數(shù)據(jù)的快速采集和自動測量打下了基礎(chǔ)。

(2)能有效地進(jìn)行多種電極排列方式的測定與組合掃描測量，提供數(shù)據(jù)量大、信息多，因而可獲得豐富的關(guān)于地電斷面結(jié)構(gòu)特征的地質(zhì)信息。

(3)野外數(shù)據(jù)采集實現(xiàn)了自動化或半自動化，不僅采集速度快，而且避免了由于手工操作帶來的誤差和錯誤。

(4)可以對資料進(jìn)行預(yù)處理并顯示剖面曲線形態(tài)，脫機(jī)處理后還可自動繪制和打印各種成果圖件。

2 測區(qū)的地質(zhì)概況

測區(qū)占地面積51 570.26 m2，擬建A座26層住宅樓，B座31層住宅樓，C座11層住宅樓，D座33層住宅樓，E座31層住宅樓。區(qū)域地質(zhì)資料顯示，景德鎮(zhèn)市為揚子?xùn)|南陸緣與華夏陸緣之間的造山系北界，二者以欽州灣-杭州灣結(jié)合帶相接，該帶是具有一定寬度的構(gòu)造帶，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，以浙贛段出露較好。上部為第四系松散層所覆蓋，基底為震旦系變質(zhì)巖(板巖、千枚巖)、石炭系沉積灰?guī)r，第四系以來斷裂構(gòu)造不發(fā)育，新構(gòu)造運動微弱，區(qū)域穩(wěn)定性良好。經(jīng)土方開挖，地勢平坦，高差約2 m。經(jīng)過現(xiàn)場試驗和勘察，測區(qū)第四系覆蓋層和下伏基巖的不同風(fēng)化程度存在明顯的電阻率差異，具備良好的地球物理探測條件。

圖1 高密度電阻率法工作流程圖Fig.1 The operating chart of high density resistivity method

3 工作方法與技術(shù)

高密度電阻率法野外資料采集采用重慶奔騰地質(zhì)儀器廠生產(chǎn)的DUK-2高密度電法儀，儀器能夠自動進(jìn)行電位補(bǔ)償、極差校正，計算K值、視電阻率等測量參數(shù)。經(jīng)現(xiàn)場試驗比較α，β，γ等裝置的測量結(jié)果后，決定采用溫納裝置(α排列)，一次布設(shè)60根電極，電極距為3 m，依據(jù)擬建建筑物的位置，共布置了8條測線，其中穿過A座與B座走向的三條，穿過B座、D座和E座的三條，穿過A座與C座走向的兩條。

4 資料的分析與成果解釋

高密度電阻率法解釋時，根據(jù)場不能突變的原則，相鄰數(shù)據(jù)點不能突變，在數(shù)據(jù)處理過程前先對個別數(shù)據(jù)畸變點進(jìn)行圓滑處理，但保持電阻率曲線的總體趨勢不變。數(shù)據(jù)處理完后再進(jìn)行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換和地形改正，最后以快速最小二乘法得到反演剖面圖，根據(jù)反演成果圖進(jìn)行解釋推斷。本次探測的8條剖面，只有6號和7號剖面存在異常。

圖2a是6號測線高密度電阻率法的斷面反演及解釋圖。從圖2b可以看出，當(dāng)前的擬合差為18.9%，高、低阻區(qū)域在斷面上有清楚的反映，在A，B區(qū)有一孤立的低阻區(qū)，推斷兩處為溶洞，A區(qū)推測埋深為6.5～20 m，直徑為15 m左右，B區(qū)推測埋深為3.0～6.0 m，寬度為9 m左右;圖2b是7號測線高密度電阻率法的斷面反演及解釋圖。從圖2b可以看出，當(dāng)前的擬合差為18.8%，高、低阻區(qū)域在斷面上有清楚的反映，在C，D，E區(qū)均反映為低阻，推斷三處存在溶洞，C區(qū)推測埋深為3.0～6.5 m，直徑為6 m左右，D推測埋深為2.5～6.5 m，直徑為9 m左右，E區(qū)推測埋深為2.5～13.0 m，直徑為9 m左右。

5 異常驗證情況

為了驗證此次勘察資料解釋的可靠性，在物探解釋為溶洞的地方布置2個鉆孔進(jìn)行驗證，鉆孔位置見圖2。結(jié)果表明，ZK1孔在深度0～2.3 m處為雜填土，2.3～2.8 m為全風(fēng)化千枚巖，2.8～3.5 m為強(qiáng)風(fēng)化千枚巖，3.5～8.3 m為溶洞，全填充狀態(tài)，填充物主要為巖屑和軟土;ZK2孔在深度0～4.6 m處為雜填土，4.6～7.4 m處為強(qiáng)風(fēng)化千枚巖，7.4～20.3 m為溶洞，填充物主要為巖石碎屑及軟土，有水。由此可見，高密度電阻率法所解釋的異常與鉆探結(jié)果基本上是吻合的。

在本次勘探當(dāng)中解釋的溶洞深度與鉆探揭露的深度還是有一定的差異，主要原因為:(1)物探解釋的是整個斷面的物性參數(shù)，是根據(jù)異常區(qū)與圍巖之間電阻率差異來判斷的。對整個斷面而言，電阻率的變化是一個漸變過程，對鉆探而言，只是針對一個點，很難把握這個點在整個斷面當(dāng)中的準(zhǔn)確變化情況，只能把握大體情況。(2)儀器本身存在系統(tǒng)誤差，處理軟件也存在擬合差。

圖2 電阻率法的斷面反演及解釋圖Fig.2 Inversion and explanation of resistivity section

6 結(jié)論

高密度電阻率法作為一種快速有效的工程物探方法在各種工程勘察中已多次應(yīng)用。通過本測區(qū)的巖溶探測，再次證明了高密度電法在巖溶探測的可行性。通過本次探測，可以得出以下結(jié)論:

(1)高密度電阻率法能夠較準(zhǔn)確的查明巖溶發(fā)育的位置、埋深等參數(shù)，與鉆探配合使用，可以大大的減少鉆探工作量，為建筑物的基礎(chǔ)設(shè)計和施工提供重要的參考價值和指導(dǎo)意義。

(2)高密度電阻率法解釋的溶洞深度與鉆探揭露的深度還是有一定的差異，但是總體上把握的是比較準(zhǔn)的，證明了高密度電阻率法在巖溶探測方面是可行的。

董浩斌，王傳雷.2003.高密度電法的發(fā)展和應(yīng)用［J］.地學(xué)前緣，10(1):171-176.

董路，葉騰飛.2008.ERT技術(shù)在無機(jī)酸污染場地調(diào)查中的應(yīng)用［J］.環(huán)境科學(xué)研究，21(6):67-71.

段來成.2008.高密度電探法在隧道勘察中的應(yīng)用［J］.東華理工大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版，31(1):55-58.

孔繁良，陳超.2008.高密度電法在清江水布埡庫區(qū)滑坡調(diào)查中的應(yīng)用［J］.工程地球物理學(xué)報，5(2):201-204.

李建華，黃立勇.2007.高密度電法在巖溶、采空區(qū)探測中的應(yīng)用［J］.土木工程，21(3):37-39.

劉國興.2005.電法勘探原理與方法［M］.北京:地質(zhì)出版社.

湯洪志，宮云鵬.1997.高密度電阻率法在地下涵洞勘測中的應(yīng)用［J］.華東地質(zhì)學(xué)院學(xué)報，20(4):343-348.

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Application of High Density Resistivity Method to Karst Exploration

JIA Tong-fu， YIN ZHi-yong， TANG Hong-zhi
(Reconnaissance Designing Institute，East China Institute of Technology，F(xiàn)uzhou，JX 344000，China)

Karst can cause not only the fluctuation of bedrock surface，but such ill geological phenomenon as dissolution belt，karst cave，soil cavity and so on，which affects the structure security of buildings greater and greater.This paper briefly introduces the basic theory and features of the high density resistivity method，with which karst exploration is carried out in a specific site in Jingdezhen.From the analysis of the abnormity and high and low resistance of visual resistance ratio 2D imaging drawing，this paper infers the karst range，size and burying depth in the site，which accords with the result of exploratory drilling，possessing guiding significance and providing important reference value to the foundation design and construction of buildings.

the high density resistivity method;karst;exploration

P631.3

:A

:1674-3504(2011)01-094-03

10.3969/j.issn.1674-3504.2011.01.016

2010-10-09

賈同福(1981—)，男，工程師，碩士研究生，主要研究方向:地基基礎(chǔ)檢測和工程物探。