高密度電法在巖溶塌陷地質(zhì)災害調(diào)查中的應用

■　韋俊丁

（廣東省有色金屬地質(zhì)局九四〇　隊廣東清遠511520）

高密度電法在巖溶塌陷地質(zhì)災害調(diào)查中的應用

■韋俊丁

（廣東省有色金屬地質(zhì)局九四〇隊廣東清遠511520）

高密度電法是基于垂向直流電測深、電測剖面和電阻率層析成像的物探方法，被廣泛應用于地質(zhì)災害調(diào)查及工程勘察中。在巖溶地區(qū)應用高密度電法來勘察土洞、溶洞、溶溝、溶槽等不良地質(zhì)體及劃分巖溶發(fā)育帶能取得較好的地質(zhì)效果。

高密度電法土洞溶洞巖溶發(fā)育特征溫納裝置

0　引言

地下巖溶是長期地質(zhì)作用的產(chǎn)物，通常處于自然穩(wěn)定狀態(tài)。但當遭受人類活動所處的地質(zhì)環(huán)境發(fā)生改變時，其穩(wěn)定性就會發(fā)生改變，如在人工降低地下水位等引起地下水動力條件改變或機械振動等因素誘發(fā)下，常發(fā)生地面塌陷等地質(zhì)災害。本次高密度電法勘探位于廣東省陽山縣XX鎮(zhèn)，該鎮(zhèn)曾有巖溶塌陷地質(zhì)災害發(fā)生歷史。本次高密度電法工作在城區(qū)及外圍地質(zhì)災害易發(fā)區(qū)開展1:1000垂向電阻率測深工作。

1　地質(zhì)概況及地球物理特征

1.1地質(zhì)概況

調(diào)查區(qū)屬巖溶盆地與峰林地形地貌，覆蓋層主要為第四系殘積土（雜填土、粉質(zhì)粘土），河流沖積層主要為粉砂、中細砂、礫石、卵石等。基巖為灰?guī)r、白云巖和石英砂巖，巖漿巖為燕山旋回第三期侵入細中粒黑云母花崗巖。區(qū)內(nèi)主要褶皺構造軸向為北東向。位于調(diào)查區(qū)中部，為一軸向北東向的平緩褶皺，長度5.37km。核部地層為石炭系下統(tǒng)石蹬子組泥晶灰?guī)r，地表大部分區(qū)域僅見第四系沖積物覆蓋層。兩翼地層為石炭系下統(tǒng)劉家塘組白云巖。區(qū)內(nèi)斷裂構造較為發(fā)育，按走向可分為北北西向、北東向、近東西向和近南北向四組，調(diào)查區(qū)共13條斷裂構造帶。工作區(qū)沿北東向褶皺、斷裂帶和北北西向斷裂帶，分布有較多溶洞、巖溶水出露點及地面塌陷點。

1.2地球物理特征

由表1得知，測區(qū)內(nèi)第四系主要出露巖性為礫石、卵石、砂土和粘土，其中粘土屬含水層，電阻率低，砂礫層導電性稍差，電阻率比粘土層較高。致密性灰?guī)r導電性差，電阻率高。當灰?guī)r中巖溶（溶洞）發(fā)育時，由于測區(qū)內(nèi)地下水位淺，土洞、溶洞位于地下水位之下，通常被水、軟塑狀粉質(zhì)黏土等低阻體充填，表現(xiàn)為低阻異常，巖溶與圍巖存在明顯電性差異，為開展電法勘探工作提供了地球物理前提。

表1　區(qū)內(nèi)巖、土層電性參數(shù)表

2　方法技術

本次巖溶探測采用重慶奔騰數(shù)控技術研究中心生產(chǎn)的多功能數(shù)字直流電法儀WDJD-4和WDZJ-120集中式多路電極轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)，工作區(qū)共布設高密度電法剖面11條，由于受城區(qū)民房、公路等地貌條件限制，測線方位不統(tǒng)一，長短不一，但大致垂直構造方向布設，方位北西向。測量裝置采用溫納裝置，工作參數(shù)選擇：電極間距5米，點距5米，最小隔離系數(shù)為n=1，最大隔離系數(shù)n=30。120道集中式轉(zhuǎn)換器，根據(jù)剖面長度一次敷設好所需電極，對于長剖面一次布極無法完成的，需將全部電極沿布極方向移動30根電極的距離（即150m），然后繼續(xù)測量，依次滾動，直至整條剖面測量完畢，數(shù)據(jù)采集剖面根據(jù)剖面實接電極數(shù)而定。高密度電法工作裝置示意圖（如圖1）和工程布置圖（如圖2）。

圖1　高密度電法勘探系統(tǒng)示意圖

圖2　高密度電法工程布置圖

3　資料處理

高密度電法原始數(shù)據(jù)采集后進行復核，當天的數(shù)據(jù)當天處理，采用重慶奔騰數(shù)控技術研究中心隨儀器配套研發(fā)的轉(zhuǎn)換軟件，將數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)換為surfer格式和RES2D格式，然后利用瑞典高密度處理軟件RES2DINV的“刪除突變點”功能剔除壞點數(shù)據(jù)，再進行二維高密度電阻率反演。

4　成果解釋

高密度電阻率異常解釋主要從以下三點進行解釋推斷：（1）基巖面的圈定。基巖面的確定即第四系覆蓋層的厚度的確定，由等值線形態(tài)推斷，主要以視電阻率變化較大拐點、電性層分布平穩(wěn)來勾畫。本區(qū)基巖面以視電阻率變化范圍在0-150Ω?m以內(nèi)來確定。（2）斷裂異常特征。斷裂構造通常范圍大，延續(xù)遠，切割地層深，致使巖石較為破碎，由于被水、土、砂等低阻體充填表現(xiàn)為低阻異常。斷裂構造的異常特征是平面上連續(xù)性好，剖面上下延較深，等值線下凹呈漏斗狀，或等值線起伏大，形成階梯異常。（3）溶洞、土洞、溶溝或溶槽的圈定。根據(jù)從已知到未知的原則，即區(qū)內(nèi)的巖溶電阻率異常特征。位于巖面之上的為土洞，位于巖面之下的為溶洞，從巖面開始往下，即異常形態(tài)近“V”形下凹且下延較深的，解釋為溶溝或溶槽。

根據(jù)以上異常特征分別對11條剖面的反演成果進行異常解釋推斷，以下就部分典型剖面進行介紹。

4.120線

如圖3，近地表地層視電阻率值10-50Ω·m，推測為粘土層，厚度為2.5-13m；基巖面以上，在170-180m測段，視電阻率等值線呈橢圓型的低阻異常封閉圈，推測可能為溶洞；基巖面以下，在130-140m，240-280m，390-400m測段視電阻率等值線呈“U”形下凹的低阻異常特征，視電阻率值10-120Ω·m，而一般在巖溶發(fā)育帶由軟塑狀粘性土填充，推斷該低阻異常可能為溶洞所致，頂板埋深約5-18m。

4.270線

如圖4，近地表地層視電阻率值0-50Ω·m，根據(jù)視電阻率異常特征，推測為粘土層，厚度為3-15.5m。在基巖面以上，有2處低阻封閉圈，視電阻率值4-30Ω·m，綜合地質(zhì)資料分析，推斷該低阻異常可能為土洞；基巖面以下，共圈出4處視電阻率等值線呈“U”形下凹或低阻封閉圈形態(tài)存在的低阻異常，視電阻率值20-100Ω·m，推斷該低阻異常為溶洞。

圖3　20線高密度電法反演剖面圖

圖4　70線高密度電法反演剖面圖

圖5　80線高密度電法反演剖面圖

圖6　90線高密度電法反演剖面圖

圖7　110線高密度電法反演剖面圖

在175-310m測段，視電阻率等值線呈多峰值低阻異常，視電阻率變化范圍為50-150Ω·m，整體呈槽形分布，結(jié)合地質(zhì)資料情況，推斷為破碎帶即巖溶發(fā)育帶。

4.380線

如圖5，近地表地層視電阻率值0-70Ω·m，根據(jù)視電阻率異常特征及有關地質(zhì)資料情況，推斷為粘土層，厚度為6-11m；在基巖面以上，62-72m、162-172m測段視電阻率等值線呈低阻封閉圈，呈水平橢圓狀，視電阻率中心值5-20Ω·m，且低阻異常范圍廣，推斷上部為土洞、下部溶洞，均為含水軟塑狀粘土充填，頂部埋深分別為7m、6.5m；在215-230測段視電阻率等值線呈低阻圈閉，異常形態(tài)呈水平橢圓狀，該低阻異常位于基巖面之下，結(jié)合有關地質(zhì)資料情況，推斷為溶洞，頂部埋深約16m，該溶洞規(guī)模大，充水飽和，巖溶充填物可能為軟塑狀粘性土；在132-135m、360-370m測段，視電阻率等值線呈“U”形下凹形態(tài)的低阻異常特征，且位于基巖面以下，推斷異常為溶洞。

4.490線

如圖4-4，近地表地層視電阻率值0-70Ω?m，根據(jù)視電阻率異常特征及有關地質(zhì)資料情況，推斷為粘土層，厚度為2.5-8.5m；在基巖面之下，視電阻率等值線形態(tài)呈多個低阻下凹或低阻封閉圈異常特征，視電阻率值10-40Ω?m，推斷低阻異常可能為溶洞引起。

4.5110線

如圖7，近地表地層視電阻率值0-80Ω?m，根據(jù)視電阻率異常特征，推測為粘土層，厚度為3.6-18.5m；由視電阻率反演成果知，在淺部視電阻率等值線呈低阻封閉圈異常特征，視電阻率值0-150Ω?m，結(jié)合地質(zhì)資料情況，推斷為溶洞，巖溶發(fā)育良好，溶洞均由軟塑狀粘性土充填。

為了驗證此次高密度電法勘探資料解釋的可靠性，在物探解釋為溶洞、土洞的地方布置21個鉆孔，其中13個鉆孔驗證到溶洞或土洞。鉆探結(jié)果與物探解釋結(jié)果相吻合，說明此次高密度電法勘探資料是可靠的。

5　結(jié)束語

通過本次物探工作，獲得了較好的地質(zhì)成果，顯示本區(qū)巖溶發(fā)育明顯，取得了預期的工程地質(zhì)效果，本次高密度電法測量，根據(jù)地電斷面視電阻率等值線呈低阻封閉圈或“U”形下凹的異常特征，共推斷29個溶洞、3條斷裂破碎帶和19個土洞。高密度電法在巖溶塌陷探測中能準確查明淺層地下溶洞、土洞及其分布位置、頂部埋深。

[1]王哲，曹英武.高密度電法在公路路基下伏巖溶勘察中的應用 [J]..國土資源，2008第4期.

[2]劉濟鵬，何褀義.高密度電法在巖溶探測中的應用 [J].江西科學，2009，（6）:27-3.

P631.3[文獻碼]B

1000-405X（2016）-3-423-2