玄武巖地區(qū)高密度電法物探法的應(yīng)用

文/蘇文存 三亞水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院 海南三亞 572600

1、高密度電法以及應(yīng)用范圍

高密度電法(High-densityResistivityMeth od)是以地下被探測目標(biāo)體與周圍介質(zhì)之間的電性差異為基礎(chǔ)，人工建立地下穩(wěn)定直流電場，依據(jù)預(yù)先布置的若干道電極，采用預(yù)定裝置排列形式進(jìn)行掃描觀測，研究地下一定范圍內(nèi)的空間電阻率變化，從而查明和研究有關(guān)地質(zhì)問題的一種物探方法。

高密度電法采用電阻率四極對稱測深測量法，其工作方法是：首先在地面固定某個測點，通過逐步加大和加密測量供電極距（AB/2）以達(dá)到獲取地下不同深度位置巖土的視電阻率值，即可查明巖土縱深方向的電性變化情況，然后在完成該測點一定深度范圍的數(shù)據(jù)采集后以一定間距重復(fù)另一測點以獲取其地下不同深度位置巖土的視電阻率值，通過對比不同測點在不同深度位置的視電阻率值，即可了解巖土層橫向的電性變化情況，最后利用專業(yè)軟件和相關(guān)的解釋方法進(jìn)行解釋，從而確定巖土層的性質(zhì)及其發(fā)布。本次工作使用重慶奔騰數(shù)控技術(shù)研究所生產(chǎn)的WGMD-1型高密度電阻率測量儀來進(jìn)行，采取的測量供電極距AB/2分別為1.5m、2.5m、4.0m、6.0m、8.0m、10.0m、13.0m、16.0m、20.0m、25.0m、30.0m 和 36.0m，對應(yīng)的測量極距MN/2為0.5m和1.5m兩種，有效探測深度可達(dá)20米。根據(jù)設(shè)計要求，本次工作測區(qū)范圍為200m×200m，布設(shè)的測網(wǎng)密度為4m×10m，共布設(shè)了21條探測線，線距10m，測點間距4m（具體見圖1）。實際完成了1071個電阻率四極對稱測深測點。

現(xiàn)行的國家勘察規(guī)范在條文說明中也指出，可以用高密度電法來進(jìn)行以下工作：①、測定基巖埋深，劃分松散沉積層序和基巖風(fēng)化帶；②、探測隱伏斷層、破碎帶；③、探測地下洞穴；④、測定潛水面深度和含水層分布；⑤、探測地下和水下隱埋物體。高密度電法可以作為常規(guī)鉆探、觸探、標(biāo)貫等勘察手段的輔助和補(bǔ)充，從而為地基基礎(chǔ)設(shè)計提供豐富的地下信息，成為巖土工程勘察過程中的一項行之有效的輔助手段。

2、高密度電法物探法玄武巖地區(qū)實踐實例

海南煉化800萬噸/年煉油化工項目，位于海南省洋浦經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)西部，西臨北部灣，是全國首個建設(shè)在第四系玄武巖噴發(fā)區(qū)的大型煉油化工項目。該項目新增原油罐區(qū)由4個原油罐組成，單罐容積10萬m3，罐體直徑80m，罐高21.8m，油面高20.71m。該項目工程場地巖土工程條件極為復(fù)雜，由于第四紀(jì)火山活動頻繁，多期噴發(fā)（分3-4期），形成巖（玄武巖）與土層（殘積土與風(fēng)化帶）交替出現(xiàn)的特殊巖土層結(jié)構(gòu)，且每期形成的玄武巖層厚度不大，空間分布不均勻、局部缺失或極破碎、強(qiáng)風(fēng)化帶不均勻和有分布孤石。

考慮到地基土的復(fù)雜性，鄰近已建成的10萬m3原油儲罐偏于安全考慮均采用了鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，施工工期長，建設(shè)成本高。為縮短工期及降低建設(shè)成本，尋求更為合理的地基基礎(chǔ)方案，勘察要求重點查清第四系玄武巖的空間分布、場地覆蓋層厚度及覆蓋層中玄武巖孤石的分布情況，根據(jù)勘察場地地基土的特殊性，決定采用鉆探、原位測試與高密度電法相結(jié)合的綜合手段進(jìn)行勘察。

根據(jù)物探解譯成果數(shù)據(jù)繪制成建設(shè)場地覆蓋層厚度變化的剖面圖，再由各個剖面圖推演出覆蓋層等厚圖；物探成果表明本建設(shè)場地沒有孤石密集區(qū)（成片或成堆）分布。通過實際鉆探資料對物探點進(jìn)行驗證，精度達(dá)到了設(shè)計要求。

本次勘察通過采用鉆探、原位測試與高密度電法物探相結(jié)合的綜合勘探方法，基本查清了建設(shè)場地第四系玄武巖的空間分布、場地覆蓋層厚度及覆蓋層中玄武巖孤石分布情況，經(jīng)綜合分析，勘察報告提出了對擬建的4個10萬m3原油儲罐采用強(qiáng)夯加換土墊層（即先采用強(qiáng)夯處理，再將表層2m厚的土層挖除，換作同厚度的中粗砂墊層）的地基基礎(chǔ)方案建議。設(shè)計方采納了勘察報告建議的地基基礎(chǔ)方案，采用強(qiáng)夯法對②、③層土進(jìn)行夯實處理，根據(jù)土層不同厚度選用不同的強(qiáng)夯能級，強(qiáng)夯前先將裸露在地表或淺層孤石挖除，進(jìn)行第一遍夯實，經(jīng)第一遍夯實后，將再次出露的孤石挖除，進(jìn)行第二遍夯實，以減小孤石對強(qiáng)夯加固效果的不利影響。強(qiáng)夯結(jié)束后，將表層2m厚的土層挖除，換作同厚度的中粗砂墊層。擬建4個10萬m3原油儲罐采用強(qiáng)夯加換土墊層的地基基礎(chǔ)方案，已于2007年底建成投產(chǎn)，運(yùn)營正常。

該項目通過采用鉆探、原位測試與高密度電法物探相結(jié)合的綜合勘察方法，基本查清了復(fù)雜的地基土條件，提出了合理的地基基礎(chǔ)方案，縮短建設(shè)工期約4個月，并大大降低了建設(shè)成本。

工程實踐表明，效果較為理想，可為類似項目提供可借鑒的工程勘察經(jīng)驗。

3、工程實例

根據(jù)筆者在臨高縣某區(qū)(玄武巖噴發(fā)地區(qū))的勘察實例，論述該物探法在玄武巖地區(qū)的使用過程以及分析。

擬建工程包括18棟層高29F的住宅樓，12棟層高32F的住宅樓。場地地貌屬玄武巖風(fēng)化剝蝕臺地。

3.1 場地工程地質(zhì)條件

本次勘察查明，在勘察所達(dá)深度范圍內(nèi)，場地地層為第四系玄武巖殘積層（Qel）、第四系中更新統(tǒng)玄武巖（Q2β）、第四系下更新統(tǒng)海相沉積層（Q1m）以及上第三系上新統(tǒng)玄武巖（N2）和第三系上新統(tǒng)海相沉積的粉質(zhì)粘土（N2）海相沉積層（N2m）組成。自上而下可劃分為6個工程地質(zhì)單元層及2個亞層，其巖性特征分述如下：

第①層含碎石粉質(zhì)粘土（Qel）：紅褐、黃褐色，可塑狀，為玄武巖風(fēng)化殘積土，切面稍有光澤，風(fēng)化不均勻，下部夾少量的風(fēng)化巖碎塊及礫砂，d=2～8cm，次棱角狀，局部地段混玄武巖孤石。

第②層強(qiáng)風(fēng)化玄武巖（Q2β）：黃褐、灰褐色，主要礦物成分為斜長石、橄欖石、輝石及角閃石等組成，隱晶結(jié)構(gòu)，氣孔狀構(gòu)造，巖體極破碎，節(jié)理、裂隙極發(fā)育，風(fēng)化物充填，用手可折斷，干鉆難以鉆進(jìn)，錘擊聲啞，巖芯呈碎塊或碎石狀，塊徑多為2～9cm，RQD=0。

第③層中等風(fēng)化玄武巖（Q2β）：深灰、灰黑色，主要礦物成分為斜長石、橄欖石、輝石及角閃石等組成，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，氣孔狀～致密狀構(gòu)造，呈無規(guī)律雞窩狀分布，強(qiáng)度不均勻，局部裂隙發(fā)育，錘擊聲較清脆，巖芯較完整，呈短柱～長柱狀，長度為5～125cm，RQD=20～75。

第④層粉砂（Q 1m）：深灰、灰色，飽和，中密狀，局部密實狀，以粉砂為主、次為中砂、細(xì)砂，顆粒成分為石英質(zhì)，亞圓形，含貝殼碎屑，級配不良，細(xì)粒土約20～30%。

第⑤層中等風(fēng)化玄武巖(N2β)：深灰、灰黑色，主要礦物成分為斜長石、橄( ）欖石、輝石及角閃石等組成，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，氣孔狀～致密狀構(gòu)造，呈無規(guī)律雞窩造分布，錘擊聲較清脆，巖芯較完整，呈短柱～長柱狀，長度為20～80cm，RQD=50～70。

第⑥層粘土(N2)：灰色，黃色，可～硬塑狀，切面有光澤，具水平層理，局部夾薄層砂。該層在整個場地均有分布。

本場地內(nèi)存在兩層中風(fēng)化玄武巖(較硬巖)，由于該地段火山巖成巖時間差距較大，且火山巖噴發(fā)形狀難于明確，且擬建工程為超過32層的超高層建筑，基礎(chǔ)的地基持力層選擇非常重要。

根據(jù)鉆孔手段的勘察結(jié)果，場區(qū)內(nèi)局部地段第③層中風(fēng)化玄武巖的層面連線成傾斜狀，難于確定該層的確定深度，加密鉆孔進(jìn)行勘察，成本增加較大，經(jīng)研究分析后，采用了高密度電法物探法進(jìn)行探查。

3.2 試驗結(jié)果分析評價及應(yīng)用

通過對外業(yè)獲得的測深視電阻率數(shù)據(jù)進(jìn)行專業(yè)處理、成圖解釋，利用先進(jìn)的二維反演軟件進(jìn)行多次迭加求導(dǎo)等數(shù)據(jù)處理分析方法，并結(jié)合場地的鉆探資料對比分析，計算出每個測點處的覆蓋土層的厚度、基巖頂板的埋深及是否有孤石密集區(qū)分布。

結(jié)論：

海南島北部灣、瓊北地區(qū)由于第四系火山活動頻繁（分3-4期），玄武巖噴發(fā)區(qū)，玄武巖多期噴發(fā)，形成巖（玄武巖）與土層（殘積土與風(fēng)化帶）交替出現(xiàn)的特殊巖土層結(jié)構(gòu)，造成場地巖土工程條件極為復(fù)雜，依靠傳統(tǒng)的勘察手段，很難全面查清場地特殊的工程地質(zhì)條件，而高密度電法物探技術(shù)恰好能填補(bǔ)鉆探在這方面的不足，從而提高了勘察成果質(zhì)量。因此，只有根據(jù)場地巖土條件的特殊性，采取適宜的綜合勘察手段，優(yōu)勢互補(bǔ)，各取所長，才能提高巖土工程勘察水平。