高密度電法在巖溶勘查中的應(yīng)用

熊渝興 尹雪波

摘要：冰源充沛的南方地區(qū)，石灰?guī)r地層常見溶蝕裂隙、溶洞、暗河等巖溶發(fā)育現(xiàn)象。巖溶構(gòu)造往往使得基巖完整性差，強度等級降低，且?guī)r溶發(fā)育除宏觀上滿足水文地質(zhì)規(guī)律，在局部具有分散性及不規(guī)則性，對建設(shè)工程安全形成潛在威脅。本文介紹了高密度電法在探測地下暗河巖溶構(gòu)造的應(yīng)用實例，表明高密度電法在南方石灰?guī)r地區(qū)工程勘察中具有良好應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞：高密度電法；石灰?guī)r地區(qū)；工程勘察；巖溶探測

1前言：重慶市南川區(qū)合溪鎮(zhèn)九溪社區(qū)美麗鄉(xiāng)村項目位于重慶市南川區(qū)最南部的合溪鎮(zhèn)九溪社區(qū)，建設(shè)場地紅線為長90m、寬50m的矩形。規(guī)劃建設(shè)2排共5棟5層居民樓房，已完成場平工程。建設(shè)場地東北側(cè)鄰近九溪河，為常年性地表水體，水流方向自西北至東南方向，據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，工作區(qū)流經(jīng)段現(xiàn)狀水位最高點標(biāo)高661.6m，水位最低點標(biāo)高660.2m，與場地水平落差約10m，坡降約1.4m，最小流量16.4㎡/s，平均流量為18.6㎡/s。工作區(qū)地層巖性為寒武系上統(tǒng)毛田組（∈m）中厚層狀灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r，地表因場平工程發(fā)現(xiàn)場地南側(cè)有1個滲水溶洞A#（+672m），未發(fā)現(xiàn)其它涌水泉眼或落水洞，該巖層溶蝕裂隙較發(fā)育，為水體入滲提供了良好通道，主要補給來源為大氣降水，因鄰近九溪河，受河水水位漲落影響形成互補。為了避免和預(yù)防用地范圍內(nèi)建設(shè)工程遭受巖溶構(gòu)造引發(fā)的破壞，為建設(shè)工程總體部署、巖土工程、場地穩(wěn)定性及適宜性評價提供參考資料，采用高密度電法初步查明建設(shè)用地范圍內(nèi)第四系土層厚度：探測建設(shè)用地范圍內(nèi)巖溶發(fā)育的情況。

2高密度電法的原理

高密度電法基本原理源于常規(guī)電法，是以地層巖性的電阻率差異為基礎(chǔ)，通過電極向地下供電，形成人工電場，采用測量電極測量該電場的電位差及電流。利用電場的分布與地下巖土介質(zhì)的相關(guān)關(guān)系，根據(jù)公式（1）求得地下不同位置介質(zhì)的視電阻率，獲得地下介質(zhì)視電阻率ps的分布規(guī)律，并根據(jù)視電阻率差異及地質(zhì)規(guī)律，推斷解釋地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)。

高密度電法通過人工完成布極后，根據(jù)設(shè)定的相應(yīng)裝置參數(shù)，儀器自動完成各電極排列的連續(xù)滾動供電及測量。溫納裝置形式在運用當(dāng)中壓制干擾的能力及測量數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性相對較高。這種排列供電電極AB、測量電極MN均以中心原點0對稱，通過AB、MN自動連續(xù)滾動采集進行測量，形成一個倒梯形的數(shù)據(jù)斷面。

3測線布置及參數(shù)

根據(jù)調(diào)查的相關(guān)水文、地質(zhì)資料，擬建的2排居民樓南側(cè)發(fā)現(xiàn)滲水溶洞，東北側(cè)毗鄰九溪河，巖層產(chǎn)狀358°∠2°，初步推測溶洞或溶蝕裂隙順巖層傾向，即北東向延展，并與九溪河連通的可能性較大。因此，物探工作根據(jù)居民樓排布情況，在滲水溶洞以北，沿北西一南東向布置2條平行測線，剖面1-1位于北側(cè)、剖面2-2位于南側(cè)，長度各為90m，間距22m。

高密度電法使用重慶奔騰數(shù)控儀器研究所生產(chǎn)的WDJD-3數(shù)字直流激電儀進行數(shù)據(jù)采集，工作區(qū)北側(cè)鄰近公路，東西兩側(cè)有民用線纜，為降低游離電場干擾，施工采用較大電壓270v供電。采用對稱四極測深裝置，電極距為1m，采集道數(shù)90，最大隔離系數(shù)29。

4數(shù)據(jù)處理

資料處理采用瑞典RES2D INV高密度電法反演軟件對地質(zhì)模型進行反演擬合計算，得到二維反演成果。數(shù)據(jù)編輯：高密度電法數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)傳輸軟件轉(zhuǎn)換格式，生成RES2D INV高密度電法反演軟件識別的數(shù)據(jù)文本，讀入數(shù)據(jù)后，根據(jù)數(shù)據(jù)編輯功能，刪除畸變的數(shù)據(jù)點。數(shù)據(jù)反演：數(shù)據(jù)反演采取最小二乘反演，因場地完成了場平工程，所以采用平地形的二維反演模型，生成反演剖面圖。圖形轉(zhuǎn)換：將反演剖面保存為su rfu r數(shù)據(jù)格式，進行圖形編輯，得到最終剖面成果圖。

5成果解釋

結(jié)合相關(guān)地質(zhì)資料，根據(jù)電阻率斷面圖中視電阻率值的大小、異常的形態(tài)等特征，對灰?guī)r中巖溶發(fā)育進行判釋。

剖面1-1位于場地北側(cè)，呈北西南東向布置，由于場地已實施場平工程，經(jīng)土方開挖和平整，土層較薄，約1～2m?；鶐r面略有起伏，巖體電性特征呈明顯的高阻，測線橫向56～62米，埋深3～8米范圍內(nèi)呈明顯的低的異常區(qū)，推斷為灰?guī)r溶洞發(fā)育，粘土填充，編號為1-1#。

剖面2-2位于場地南側(cè)，呈北西南東向布置，由于場地已實施場平工程，經(jīng)土方開挖和平整，土層較薄，約1～4m?；鶐r面略有起伏，巖體電性特征呈明顯的高阻，測線橫向57～62米，埋深1～6米范圍內(nèi)呈明顯的低的異常區(qū)，推斷為開口型灰?guī)r溶洞發(fā)育，粘土填充，編號為2-1#。6認識：（1）高密度電法溫納裝置形式在地表條件適宜的情況下，對南方石灰?guī)r地區(qū)巖溶勘查有良好效果。（2）巖溶發(fā)育在宏觀上滿足水文地質(zhì)規(guī)律，在局部具有分散性及不規(guī)則性，鉆探工程往往以大間距分布，無法連續(xù)控制場地地下構(gòu)造，而高密度電法以地電斷面的形式，可以相對完整反映地質(zhì)剖面情況，配合少量鉆孔可以大大提高勘查效率及準確性，可以大大降低巖溶構(gòu)造對建設(shè)工程的安全威脅，有廣闊的應(yīng)用前景。