常規(guī)直流電法在黃河水庫南屯地質(zhì)災(zāi)害評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

賈方巖，張 帆，鄭國輝，朱曉光，張會(huì)國，肖偉儒，陶蘊(yùn)哲，陳 蒙

吉林省第二地質(zhì)調(diào)查所，吉林 吉林市132001

1 地質(zhì)及地球物理概況

1.1 地質(zhì)概況

黃河水庫南屯塌陷區(qū)的西南側(cè)為二疊系下統(tǒng)壽山溝組：上部主要是黑色板巖，并見有灰黑色粉砂質(zhì)泥巖及黃綠色砂巖互層。北東側(cè)主要為石灰?guī)r。區(qū)內(nèi)基本由第四系砂礫石及黃土覆蓋。溶洞的形成是石灰?guī)r地區(qū)地下水長期溶蝕的結(jié)果。石灰?guī)r的主要成分是碳酸鈣，在有水和二氧化碳時(shí)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成碳酸氫鈣，后者可溶于水，當(dāng)這種水在地下深處有一定壓力時(shí)，溶解更甚。石灰?guī)r中的鈣被水溶解帶走，經(jīng)過幾十萬年、百萬年甚至上千萬年的地下水文地質(zhì)作用，就會(huì)形成溶洞。區(qū)域附近的石灰?guī)r分布區(qū)有已知的溶洞存在。 區(qū)內(nèi)出現(xiàn)的地面塌陷主要與地下溶洞有關(guān)。

1.2 地球物理概況

由于區(qū)內(nèi)居民住宅密度較大，戶與戶之間有圍墻或鐵、木柵欄隔離，給物探測量帶來很多困難。所以首先在工區(qū)進(jìn)行了不同方法及不同裝置的有效性試驗(yàn)。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)高密度電法無法有效開展，而激電中梯、激電聯(lián)剖及視電阻率測深效果相對(duì)較好。通過激電中梯初步勘查可知，北東側(cè)的石灰?guī)r分布區(qū)其視電阻率值在300～1 150 Ω·m 之間變化，視極化率在1.5%～2.0%之間變化。而在西南側(cè)黑色板巖分布區(qū)視電阻率值在150～250 Ω·m 之間變化，視極化率在4.0%～11.0%之間變化。通過對(duì)地表撿塊的巖石電性標(biāo)本測定（見表1）可知：石灰?guī)r電阻率值變化范圍為396～869 Ω·m，極化率值變化范圍為0.3%～0.6%。黑色板巖的電阻率值變化范圍為24.31～117 Ω·m，極化率值變化范圍為5.3%～9.84%。 很明顯黑色板巖與石灰?guī)r在電性上有明顯的差異；而對(duì)于尋找溶洞而言，因?yàn)槿芏炊即嬖谟谑規(guī)r中，一般情況下石灰?guī)r都是很致密的，以石灰?guī)r電性值為背景場，當(dāng)溶洞充水時(shí)呈現(xiàn)低阻異常，貧水的溶洞則呈現(xiàn)高阻異常。因此此次在該區(qū)開展電法勘查具備了必要的地球物理前提。

表1 巖（礦）石電性標(biāo)本測定一覽表Table 1 The electric test list of the rock (ore) stone

2 技術(shù)方法

工作中主要采用的方法為時(shí)間域激發(fā)激化法，裝置形式為激電中梯、視電阻率測深、激電聯(lián)剖法。激電中梯測量的參數(shù)為視電阻率及視極化率值，視電阻率測深法錄取的參數(shù)為視電阻率值。 激電中梯和激電聯(lián)剖法主要了解區(qū)內(nèi)地質(zhì)概況，并劃分石灰?guī)r分布區(qū)及其界限，圈定地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)區(qū)域。在危險(xiǎn)區(qū)域靠近居民住宅附近用視電阻率測深法反映地下地電斷面的形態(tài)，推斷解釋地下溶洞存在情況。同時(shí)還采用了聲頻大地測量作為輔助性方法，用以對(duì)激電測量結(jié)果推斷解釋的參考。

3 主要成果

3.1 劃分石灰?guī)r與黑色板巖分布區(qū)及接觸界限

通過激電中梯的面積性工作確定了黃河水庫南屯存在一個(gè)近北西向的板巖與石灰?guī)r的接觸帶。其證據(jù)是西南側(cè)的板巖分布區(qū)視極化率值一般大于3.0%，而視電阻率值一般為150～300 Ω·m。北東側(cè)的石灰?guī)r分布區(qū)視極化率值一般小于2.5%，視電阻率值一般都大于300 Ω·m（見圖1）。兩種不同巖性反映在激電異常上的區(qū)域背景場值差異性非常明顯，且與地表巖石露頭的巖性吻合。通過激電聯(lián)剖測量工作可知，視極化率及視電阻率在石灰?guī)r與黑色板巖的界觸帶附近均出現(xiàn)視極化率“反交點(diǎn)”及視電阻率“正交點(diǎn)”。激電聯(lián)剖結(jié)果確切地反映了石灰?guī)r與黑色板巖接觸帶的存在及大致位置（見圖2）。這樣就確定了接觸帶的北東側(cè)為溶洞發(fā)育的石灰?guī)r分布區(qū)，也是發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的危險(xiǎn)區(qū)。

圖1 黃河水庫南屯激電中梯剖面平面圖Fig. 1 The plan of IP intermediate gradient prof ile in Huanghe reservoir Nantun

3.2 視電阻率測深反映地下溶洞的地電斷面形態(tài)

視電阻率測深主要在地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)區(qū)針對(duì)居民住宅附近進(jìn)行?，F(xiàn)場已知的3 處塌陷點(diǎn)都出現(xiàn)在石灰?guī)r一側(cè)的接觸帶附近。在兩種巖性的接觸帶的灰?guī)r一側(cè)，由于酸堿度的變化，引起碳酸氫鈣溶于水，石灰?guī)r中的鈣被地下水溶解帶走而形成空洞。因此，石灰?guī)r分布區(qū)尤其在靠近接觸帶附近區(qū)域是出現(xiàn)塌陷的危險(xiǎn)區(qū)域，所以在該區(qū)域進(jìn)行了比較詳細(xì)的視電阻率測深，并對(duì)異常作出相應(yīng)的推斷解釋。

3.2.1 零號(hào)測線上的異常推斷解釋（見圖3）

89.5 /0～92.5/0 點(diǎn)：視電阻率在斷面圖上呈“V”字形出現(xiàn)，ρS值以10 Ω·m 形成低阻半封閉圈，向下影響深度約17.0 m。聲頻大地電場法曲線呈低值區(qū)，△Vs=5.0 mV。推斷異常由石灰?guī)r空洞充填含水淤泥引起。

97.5 /0～98.5/0 點(diǎn)：視電阻率在斷面圖上呈“V”字形出現(xiàn)，ρS值以40 Ω·m 形成低阻半封閉圈，向下影響深度約10 m。聲頻大地電場出現(xiàn)低值，△Vs= 0.2 mV。推斷異常由石灰?guī)r中的空洞充填含水淤泥引起，地表建筑物已經(jīng)發(fā)生變形和開裂。

3.2.2 二號(hào)測線上的異常推斷解釋（見圖4）

56.5 /2～61/2 點(diǎn)：視電阻率值在斷面圖上以20 Ω·m 圈定呈倒梯形，影響深度約20 m。聲頻大地電場法呈低值反映，△Vs ≤0.5 mV。推測由石灰?guī)r中的空洞塌陷引起。

64/2～68.5/2 點(diǎn)：視電阻率值在斷面圖上以20 Ω·m 圈定呈三角形，影響深度約12 m。聲頻大地呈低阻反映，△Vs ＜0.3 mV。推測由石灰?guī)r中的空洞沉積含水淤泥引起。

71.5 /2～74.5/2 點(diǎn)：視電阻率值在斷面圖上以20 Ω·m 圈定呈口字形，影響深度約10 m。聲頻大地電場法呈低值，△Vs=1.0 mV。推測由石灰?guī)r凹陷的沉積物引起。

82/2 點(diǎn)：視電阻率值在斷面圖上以20 Ω·m圈定呈條形，上下長約10 m，寬約3 m，影響深度約10 m。聲頻大地呈低值反映，△Vs=0.2 mV。推測由石灰?guī)r中的裂隙引起。

85/2～88/2 點(diǎn)：視電阻率值在斷面圖上 以30 Ω·m 圈 定 呈“ 八” 字 形， 影 響 深度 約10 m。 聲 頻 大 地 在85.0 點(diǎn) 呈 低 值，△Vs=1.0 mV。推測由石灰?guī)r中的溶洞充填含水淤泥引起。已經(jīng)造成地表沉降、圍墻開裂。

上述分析基本推斷出了地下溶洞的存在，且與實(shí)際驗(yàn)證情況吻合。

圖2 黃河水庫南屯激電聯(lián)剖剖面平面圖Fig. 2 The plan of IP combined prof ile in Huanghe reservoir Nantun

圖3 黃河水庫南屯0線視電阻率測深斷面圖Fig. 3 apparent resistivity sounding section of No. 0 line in Huanghe reservoir Nantun

圖4 黃河水庫南屯2線視電阻率測深斷面圖Fig. 4 apparent resistivity sounding section of No.2 line in Huanghe reservoir Nantun

4 結(jié)束語

通過激電中梯和激電聯(lián)剖測量發(fā)現(xiàn)并解釋了在黃河水庫南屯存在的板巖與石灰?guī)r接觸帶的情況，有效劃分出了地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)區(qū)域石灰?guī)r的分布范圍；通過激電測深測量也較好的反映了危險(xiǎn)區(qū)地下溶洞的存在，確定溶洞的塌陷位置與地表已知塌陷點(diǎn)一致。這說明在黃河水庫南屯居民住宅較密集區(qū)域進(jìn)行常規(guī)直流電法勘查地下溶洞、劃分板巖和石灰?guī)r分布區(qū)、確定兩種巖石接觸帶位置是有效的。這些成果對(duì)以后區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害評(píng)價(jià)及其它地質(zhì)工作的開展具有一定的指導(dǎo)意義。對(duì)于石灰?guī)r地區(qū)由溶洞導(dǎo)致地質(zhì)災(zāi)害的評(píng)價(jià)過程中采用常規(guī)直流電法在我省尚屬首次，今后這方面的工作還有待進(jìn)一步深入研究探討。

[1] 傅良魁,李金銘 .電法勘探教程[M].北京：地質(zhì)出版社，1980.

[2]丁緒榮.金屬物探簡明教程[M].北京：地質(zhì)出版社，1980.

[3]劉春華，李其光,等.水文地質(zhì)與電測找水技術(shù)[M].黃河水利出版社，2008.