淺談鉆探與物探方法在巖溶地基勘察中的綜合應(yīng)用

鐘以春

摘 要：采用物探與鉆探相結(jié)合的方法，對(duì)碳酸鹽地區(qū)的場地地基進(jìn)行巖溶探測，能有效地查明場地內(nèi)的巖溶發(fā)育情況。

關(guān)鍵詞：巖溶;電阻率法;地震印象;鉆探

序言

重慶市碳酸鹽巖發(fā)育，出露面積大，在人類的工程活動(dòng)中，巖溶引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害問題，嚴(yán)重影響了基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和安全。在碳酸巖出露的場地內(nèi)進(jìn)行工民建項(xiàng)目，有其特有的巖土工程問題，需要在工程勘察過程中開展場地地基巖溶探測工作，查明場地內(nèi)隱伏的巖溶情況。

目前工程場地巖溶探測方法主要有工程地質(zhì)鉆探法、工程物探法等。鉆探孔深一般十余米至數(shù)十米，其優(yōu)點(diǎn)是能直觀的觀察巖心，定量反映巖溶的大小，但缺點(diǎn)是鉆孔數(shù)量有限，微觀上巖溶發(fā)育又無特定規(guī)律，因此以鉆探為基礎(chǔ)，以點(diǎn)代面用地質(zhì)理論分析的方法，不能有效查明巖溶復(fù)雜的空間分布形態(tài)。工程物探具有測試數(shù)據(jù)量大、效率高、成本低等優(yōu)點(diǎn)。

工程實(shí)例

重慶某職教中心位于重慶市歌樂山上，場地內(nèi)出露碳酸鹽巖，地表巖溶較發(fā)育。為探明地下隱伏巖溶發(fā)育情況，為地基基礎(chǔ)評(píng)價(jià)及持力層的選擇提供依據(jù)，本次工作采用地球物理勘探與鉆探相結(jié)合的方法探測地下巖溶分布情況，結(jié)合地面地質(zhì)調(diào)查為巖土工程勘察提供基礎(chǔ)資料，為工程地質(zhì)條件分析提供有利依據(jù)，為地基基礎(chǔ)施工工作提供可靠保證及科學(xué)依據(jù)。

1 物探方法

根據(jù)場地實(shí)際情況結(jié)合現(xiàn)目前常用的方法，物探方法主要采用高密度電法（電阻率法）和地震印象法等，查明場地內(nèi)巖溶的分布范圍、規(guī)模大小、埋深情況及巖溶個(gè)體相互關(guān)系，分析研究巖溶特征和發(fā)育情況，有目的性和針對(duì)性對(duì)布置鉆孔，為有效查明場地內(nèi)隱伏巖溶發(fā)育情況提供基礎(chǔ)資料，為地基基礎(chǔ)進(jìn)行正確評(píng)價(jià)，提供科學(xué)依據(jù)。

1.1 物探原理

1.1.1高密度電法原理

高密度電法是在常規(guī)電法勘探基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新的勘探方法，它仍然是以地下介質(zhì)導(dǎo)電性差異為基礎(chǔ)，通過觀測和研究與這些差異有關(guān)的人工電場的分布規(guī)律，可達(dá)到查明地下介質(zhì)分層、地質(zhì)構(gòu)造和尋找地下電性不均勻體（巖溶、風(fēng)化層、斷層等）的一種地球物理勘探方法。

電阻率剖面法的基本原理：是以地下介質(zhì)的電阻率差異為基礎(chǔ)，人工建立地下穩(wěn)定直流或脈沖電場，按照某種電極裝置形式保持電極間距不變，沿測線逐點(diǎn)觀測，研究某一深度范圍內(nèi)電阻率沿水平方向的變化情況，以查明有關(guān)地質(zhì)問題的一組直流電勘探方法。

視電阻率計(jì)算公式為

，

式中VMN為觀測電極M、N間電位差，I是流過供電AB的供電電流，K為裝置系數(shù)。

1.1.2 地震印象原理

是基于反射波法中的最佳偏移距技術(shù)發(fā)展起來的一種常用淺地層勘探方法，以共偏移距用單道或多道檢波器接收來自地下地層的反射、繞射、散射等多波信號(hào)，來研究地下地層情況。當(dāng)震源激發(fā)一彈性波場，在一定的頻帶范圍內(nèi)子波向下傳播，當(dāng)遇到波阻抗界面（兩彈性力學(xué)性質(zhì)不同介質(zhì)的分界面），就會(huì)產(chǎn)生波的反射、繞射、散射等現(xiàn)象。一般地下地層的分界面會(huì)產(chǎn)生反射波，障礙物等復(fù)雜介質(zhì)產(chǎn)生繞射波、散射波、轉(zhuǎn)換波;地層突變點(diǎn)產(chǎn)生繞射波。根據(jù)地震波的傳播時(shí)間、波形特征可以確定不同介質(zhì)的空間位置及幾何形態(tài)。

1.2 物探測試及成果

1.2.1高密度電法

在歌樂山某職教中心實(shí)訓(xùn)基地場地內(nèi)布置了8條高密度電法剖面。測試儀器采用重慶地質(zhì)儀器廠生產(chǎn)的DUK-2A型高密度電法測量系統(tǒng)，采用溫納AMNB對(duì)稱四極排列裝置，電極間距5m，每個(gè)排列布置電極60根，供電電壓270V。

限于篇幅，本文僅圖示GM4剖面，剖面方向?yàn)閆K14～ZK23方向，如圖1。

色譜圖反映出：剖面樁號(hào)17～22段，標(biāo)高506-509m處，存在低阻異常，反映該處巖溶發(fā)育，鉆探驗(yàn)證為溶蝕空洞及溶隙密集發(fā)育區(qū);剖面樁號(hào)37～47段，標(biāo)高502-509m處，存在低阻異常，反映該處巖溶發(fā)育，鉆探驗(yàn)證在該處揭露了一個(gè)洞徑3.6m的溶洞，溶洞上下區(qū)域溶隙發(fā)育。

1.2.2地質(zhì)雷達(dá)

在歌樂山某職教中心實(shí)訓(xùn)基地場地內(nèi)布置了11條地震印象剖面。測試儀器采用地質(zhì)儀器廠生產(chǎn)的DZQ48地震儀，偏移距2米，限于篇幅，本文僅圖示DZ3剖面，如圖2。

由上圖可以看出：在剖面樁號(hào)10-14段，地面以下4～6m范圍內(nèi)地震印象波形紊亂，存在繞射現(xiàn)象，反映該處存在一個(gè)波阻抗異常，反映為溶洞，鉆孔驗(yàn)證揭示在孔深3.8～6.1m處發(fā)育一個(gè)溶洞。

2物探于鉆探的結(jié)合

本次工程勘察共布置鉆孔116個(gè)，其中針對(duì)物探高密度電法探測巖溶異常布置15個(gè)鉆孔，物探反映的17處巖溶鉆孔揭露了14處;針對(duì)地震印象探測的巖溶異常布置16個(gè)鉆孔（包含與高密度電法共用的復(fù)查孔），16處巖溶揭露了15處。其中溶洞5處，溶蝕破碎帶10處。

綜合分析鉆探與物探資料，鉆探驗(yàn)證情況與物探成果基本吻合。運(yùn)用多種物探手段對(duì)巖溶地區(qū)的場地進(jìn)行探測，可形成點(diǎn)、線、面相結(jié)合，達(dá)到多參數(shù)、多角度、立體化勘探的效果。能有效查明巖溶的空間規(guī)模和空間分布形態(tài)，但缺點(diǎn)是物探多以定性分析為主，定量解釋精度稍低。鑒于此，在巖溶地區(qū)同時(shí)開展鉆探與物探，相互驗(yàn)證，能起到點(diǎn)、線、面相結(jié)合，定性與定量相結(jié)合，達(dá)到高精度的查明巖溶空間分布形態(tài)的目的。

3探測效果

在歌樂山某職教中心實(shí)訓(xùn)基地工程勘察中，通過運(yùn)用物探和鉆探手段查明了如下巖溶區(qū)域：擬建場地內(nèi)地基存在兩條大面積的巖溶破碎帶，溶蝕空洞及溶隙發(fā)育，存在洞的徑約1.5～4.2m的溶洞5處。

4結(jié)語

在巖溶區(qū)進(jìn)行工程建設(shè)，必須對(duì)有影響的巖溶進(jìn)行針對(duì)性的有效處理，這事關(guān)工程建設(shè)安全和運(yùn)行安全，否則將造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失及不良社會(huì)影響。因此，是否能有效查明巖溶空間位置、分布形態(tài)，成為了巖溶區(qū)進(jìn)行工程建設(shè)關(guān)鍵，這已經(jīng)得到廣大工程建設(shè)者及參與者的高度重視。

在巖溶地區(qū)采用多種勘探方法，用物探與鉆探相結(jié)合，可以彌補(bǔ)鉆探工作以點(diǎn)代面的缺陷;同時(shí)鉆探也能彌補(bǔ)了物探多解性及定量解釋進(jìn)度低的缺陷。綜合運(yùn)用鉆探與物探技術(shù)，能起到點(diǎn)、線、面相結(jié)合，定性與定量相結(jié)合，達(dá)到高精度的查明巖溶空間分布形態(tài)的目的，提高了勘察過程中解決巖溶探測問題的能力，為工程地質(zhì)條件分析提供有利依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

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[2]王振東，淺層地震勘探應(yīng)用技術(shù)，地質(zhì)出版社。