高密度電阻率法在溶巖塌陷區(qū)探測(cè)中應(yīng)用研究

劉振雄

摘要：對(duì)溶巖發(fā)育地區(qū)的地面塌陷區(qū)域，進(jìn)行了高密度電阻率法探測(cè)應(yīng)用研究。介紹了高密度電阻率法的工作原理，數(shù)據(jù)處理及異常解釋推斷，取得了良好應(yīng)用效果，進(jìn)一步說(shuō)明高密度電阻率在工程地質(zhì)中的高效經(jīng)濟(jì)實(shí)用性優(yōu)點(diǎn)。

Abstract： The application of high-density resistivity method is studied in the ground collapse area of lava-producing areas. The working principle， data processing and abnormal interpretation of high-density resistivity method are introduced， and good application results are obtained， which further demonstrates the high-efficiency and economical advantages of high-density resistivity in engineering geology.

關(guān)鍵詞：高密度電法;溶巖;異常

Key words： high-density resistivity method;lava;abnormal

中圖分類號(hào)：P631.3+22 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006-4311（2019）09-0162-03

0 ?引言

目前工程地質(zhì)勘察中，溶巖發(fā)育地區(qū)問(wèn)題越來(lái)越來(lái)多，溶巖不僅會(huì)導(dǎo)致基巖面起伏很大，而且產(chǎn)生很多溶侵蝕帶，溶洞，土洞等不利地質(zhì)現(xiàn)象，對(duì)基礎(chǔ)建設(shè)結(jié)構(gòu)安全存在的隱患越來(lái)越大，近些年來(lái)，由巖溶發(fā)育引起的地面塌陷，基礎(chǔ)工程建筑物不均勻沉降等地質(zhì)災(zāi)害愈發(fā)增多，直接威脅著人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全，因此，對(duì)溶巖發(fā)育地區(qū)進(jìn)行科學(xué)的探測(cè)，查明地下基巖起伏，溶蝕帶和溶洞等不良地質(zhì)，為工程設(shè)計(jì)和施工提供有價(jià)值的科學(xué)依據(jù)。

1 ?高密度電阻率法基本原理

高密度電法的物理前提是地下介質(zhì)間的導(dǎo)電性差異。和常規(guī)電阻率法一樣，它通過(guò)供電電極向地下供電流I，然后再測(cè)得測(cè)量電極間電位差ΔV，從而求得該測(cè)量點(diǎn)的視電阻率值ρs=KΔV/I。若排列電極的電極距不變，而記錄點(diǎn)位置移動(dòng)時(shí)，即為電剖面法，測(cè)地電橫向變化;若排列電極的電極距變化，而記錄點(diǎn)位置不變時(shí)，即為電測(cè)深法，測(cè)地電垂向變化;高密度電法是電剖面法與電測(cè)深法兩種技術(shù)結(jié)合并同時(shí)進(jìn)行，一次完成二維視電阻率剖面，供地質(zhì)解釋使用。

2 ?測(cè)區(qū)地質(zhì)概況

案例1：測(cè)區(qū)內(nèi)出露地層主要有石炭系上統(tǒng)黃龍組、船山組和第四系全新統(tǒng)沖積層。①石炭系上統(tǒng)黃龍組（C2h2）：位于塌陷區(qū)西南方400m處，厚層狀白云巖夾白云灰?guī)r，局部具大理巖化及矽卡巖化。地層總體走向北西，傾向北東，傾角5°。②石炭系上統(tǒng)船山組（C2c）：隱伏于塌陷區(qū)下部，淺灰色厚層狀細(xì)（微）晶灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r通達(dá)，交通較為便利。該區(qū)以往局部發(fā)生過(guò)兩次塌陷坑事故，深度約1m。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料可知，該區(qū)下部為石炭系船山組灰?guī)r，巖溶較發(fā)育，表層松散層較薄，易形成巖溶塌陷地質(zhì)災(zāi)害、礫狀灰?guī)r。地層總體走向北東，傾向北北西，傾角10°。③第四系全新統(tǒng)沖積層（Q4al）：由亞粘土、亞砂土和砂礫石層組成，主要沿東側(cè)溪流分布。厚度不詳。塌陷位于弋陽(yáng)縣曹溪鎮(zhèn)東港村西港村小組南側(cè)，有鄉(xiāng)村公路。

案例2：根據(jù)已知地質(zhì)資料場(chǎng)地及周邊一定區(qū)域上部主要為第四系全新統(tǒng)桂洲組，巖性為淤泥、粉砂、黏土、細(xì)砂、中砂等。經(jīng)鉆探揭露，下伏基巖有第三系粉砂巖、礫巖和石炭系泥巖、灰?guī)r。局部分布有第四系殘積土，為礫巖、粉砂巖風(fēng)化而成。

斷裂構(gòu)造;場(chǎng)地及周邊一定區(qū)域內(nèi)無(wú)斷裂構(gòu)造，外圍的斷裂構(gòu)造均為非活動(dòng)性斷裂構(gòu)造，對(duì)場(chǎng)地的穩(wěn)定性沒(méi)有影響。本場(chǎng)地未發(fā)現(xiàn)斷裂構(gòu)造形跡，場(chǎng)地是穩(wěn)定的。

巖土層的劃分：

根據(jù)本次鉆探揭露的情況，勘察場(chǎng)地地基土主要由人工填土（Qml）、第四系沖洪積層（Qal+pl）、殘積層（Qel）、第三系粉砂巖（E）及石炭系（C1）灰?guī)r組成。

3 ?工作技術(shù)方法

在野外進(jìn)行工作時(shí)，高密度電法采用溫納排列裝置，為獲得更多的信息及足夠的探測(cè)深度，電極距采用5m進(jìn)行觀測(cè)，電極數(shù)最大可120個(gè)，單條測(cè)線最長(zhǎng)度600m。實(shí)際觀測(cè)時(shí)，電極釘均用泥土封孔，澆灌鹽水，保證了電極接觸良好性。每個(gè)排列的觀測(cè)始末均對(duì)儀器和多路轉(zhuǎn)換器的電源電壓測(cè)量，對(duì)于儀器電源電壓低于規(guī)定時(shí)，及時(shí)更換了電池。對(duì)觀測(cè)中出現(xiàn)誤差較大的點(diǎn)，均在現(xiàn)場(chǎng)查明原因并進(jìn)行了及時(shí)處理。工作中，對(duì)高密度電纜線定期檢查其完好程度，對(duì)不符合規(guī)范要求的電線，在現(xiàn)場(chǎng)查明了原因，采取了措施，及時(shí)進(jìn)行了處理。

溫納裝置（WN）的電極排列規(guī)律是：A，M，N，B（其中A，B是供電電極，M，N是測(cè)量電極），AM=MN=NB為一個(gè)電極間距，隨著間隔系數(shù)n由n（MIN）逐漸增大到n（MAX），四個(gè)電極之間的間距也均勻拉開(kāi)。該裝置適用于固定斷面掃描測(cè)量，其特點(diǎn)是測(cè)量斷面為倒梯形，電極排列如圖2。

4 ?資料數(shù)據(jù)處理

野外采集數(shù)據(jù)處理經(jīng)過(guò)高密度軟件RES2DINVE反演、并運(yùn)用SURFER軟件配合，繪制出各剖面視電阻率等值線圖，通過(guò)反演后的視電阻率剖面結(jié)合工區(qū)地質(zhì)資料進(jìn)行解釋分析。

5 ?異常解釋推斷

案例1，高密度電法剖面分布在西崗村塌陷區(qū)附近2km以內(nèi)。區(qū)內(nèi)第四系為亞粘土、亞砂土和砂礫石層組成，根據(jù)地層含水情況差異，視電阻率約在100～500Ω·m。基巖為石炭系上統(tǒng)船山組灰?guī)r視電阻率大于600Ω·m。

1線如圖3位于村前，34到42號(hào)電極穿過(guò)塌陷區(qū)，41、42號(hào)電極位于塌陷坑TXK4邊緣。地表電阻率不均勻，在-30m深處有電阻率分層為基巖界面，Ⅰ號(hào)異常位于塌陷區(qū)下方呈球狀寬30m、高30m，底部位于-40m深處，推測(cè)為巖溶發(fā)育 ;Ⅱ號(hào)異常位于30號(hào)電極處呈球狀，寬20m、高10m距Ⅰ號(hào)異常約40m推測(cè)為巖溶發(fā)育;推測(cè)F斷層穿過(guò)Ⅱ號(hào)異常。該處易形成巖溶發(fā)育。

2線如圖4起點(diǎn)位于村西南面，穿過(guò)村莊至村北面小溪。剖面整體界面清晰，1到30號(hào)電極位置覆蓋層厚度不大約10m左右，在31到36號(hào)電極處Ⅲ號(hào)異常呈半球形，距36號(hào)點(diǎn)距50m左右有巖溶發(fā)育，推測(cè)該處為巖溶發(fā)育。

案例2，慶維龍倉(cāng)儲(chǔ)地塊工程地位于肇慶高新區(qū)，根據(jù)區(qū)域地質(zhì)圖及附近工程地資料，其上部土層以沖積黏性土、砂土、礫石為主，局部有軟土分布，土質(zhì)松軟;基底為土石炭系砂巖、灰?guī)r、頁(yè)巖。場(chǎng)區(qū)無(wú)大斷裂通過(guò)。場(chǎng)區(qū)主要重點(diǎn)和難點(diǎn)為軟土、巖溶。

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)圖及附近工程地資料，其上部土層以沖積黏性土、砂土、礫石為主，局部有軟土分布，土質(zhì)松軟;基底為土石炭系砂巖、灰?guī)r、頁(yè)巖。場(chǎng)區(qū)無(wú)大斷裂通過(guò)。場(chǎng)區(qū)主要重點(diǎn)和難點(diǎn)為軟土、巖溶。區(qū)內(nèi)含水填土，沖積淤積層，風(fēng)化層電阻率20～100Ω·m。基巖電阻率300～1000歐Ω·m。

L4線如圖5電阻率背景值72～300Ω·m，位于測(cè)線電極35～38號(hào)電極，深度-25～-39.4m處呈現(xiàn)出低電阻率，電阻率值18.3～34Ω·m，異常呈扁長(zhǎng)橢圓形狀寬15m、高14m，封閉式異常。結(jié)合剖面地質(zhì)資料推測(cè)可能形成巖溶發(fā)育。

L5線如圖6電阻率背景值70～325Ω·m，位于測(cè)線37～39號(hào)電極深度-28～-38.4m呈現(xiàn)出低電阻率封閉式異常，電阻率值21～32Ω·m，異常呈橢圓形狀長(zhǎng)15m、高10m，底部位于-39.4m異常半未封閉。結(jié)合剖面地質(zhì)資料推測(cè)可能形成巖溶發(fā)育。

L9線如圖7電阻率背景值70～325Ω·m，位于測(cè)線32～35電極號(hào)，深度-34～-39.4m呈現(xiàn)出低電阻率，電阻率值21～32Ω·m，異常呈橢圓形狀長(zhǎng)15m、高5m，底部位于-39.4m異常未封閉。結(jié)合剖面地質(zhì)資料推測(cè)可能形成巖溶發(fā)育。

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(guò)本次探測(cè)，可以得出以下結(jié)論：

①本次高密度電法測(cè)量基本查明巖溶發(fā)育分布及隱伏基巖界面情況。在區(qū)內(nèi)推測(cè)斷層一條、圈定六個(gè)巖溶發(fā)育。

②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，可以大大減少鉆探工作量，為建筑物的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和施工提供重要參考價(jià)值和指導(dǎo)意義。

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