電法勘探在城區地面塌陷調查中的應用

楊澤宇 周志浩 何俊杰

（1、湖南城建職業技術學院，湖南 湘潭411101 2、湖南科技大學，湖南 湘潭411201）

1 概述

某建筑場地主要由第四系和白堊系灰質礫巖組成,地質構造復雜,斷裂發育,其中有些是活動斷裂,沿斷裂帶發育巖溶,在樁基施工過程中,部分場地發生地面塌陷, 嚴重威脅施工人員和建筑物安全, 為了房屋建設過程中人員安全和房屋建成后建筑物的穩定, 采用天然電場選頻法和高密度電阻率法進行調查研究, 查明區內塌陷的具體分布、成因以及對工程建筑物的影響。

2 地質概況

建筑場地內分布的地層主要有第四系筻口組、白水江組、馬王堆組、白沙井組、新開鋪組、洞井鋪組和白堊系戴家坪組(K2d)。

第四系為湘江Ⅱ級階地沉積,巖性、厚度變化大,主要為粘土、粉質粘土、砂、圓礫和卵石等。

白堊系戴家坪組為褐紅色灰質礫巖, 碎屑結構,塊狀構造,礫石以石灰巖為主,鈣質膠結,礫石粒徑多為0.2-5cm,溶洞或溶蝕現象呈串珠狀發育,溶洞可見率為30%。洞高0.5～5.3m。洞內為半充填, 其充填物主要由可-軟塑狀粘性土、砂礫、巖石碎塊等物質組成,呈松散狀。

場區主要靠大氣降水和地表水滲透補給,地下潛水位受地形和地表水體影響較大, 地下水類型主要為松散巖類孔隙水和裂隙溶洞水。

3 物探方法選擇與勘探結果

為了查明地面塌陷的分布, 根據場地的地形、地質條件和物探方法特點,采用天然電場選頻法和高密度電阻率法二種方法。

3.1 天然電場選頻法

天然電場選頻法的場源屬于交變電磁場, 為音頻大地電磁法的一種。通過測量音頻段中大地電磁場產生的電分量來研究音頻大地電磁特征,場源比較遠的地方的大地電磁場,電磁波被視為垂直于地面入射,服從麥克斯韋方程組。在無磁介質中, 電磁波的穿透深度與介質電阻率大小成正比, 與電磁波頻率的大小成反比,穿透深度δ(m)與介質的電阻率ρ、電磁波的頻率f(Hz)之間關系為:

圖1 天然電場選頻法測線布置與物探異常分布圖

圖2 選11 測線天然電場選頻法曲線圖

實際工程中,同一測量點,地層的電阻率不變,通過調整選頻儀檔位, 選擇不同頻率的方法來勘探不同深度的巖土層的地質特征[1-5]。

測試采用的天然電場選頻儀為TX-2 型,6 個頻率檔位f0、f1、f2、f3、f4和f5工作頻率為15Hz～780Hz, 共布置了12 條天然電場選頻法測線(圖1、2), MN 電極距采用20m,測點間距2 米,在物探異常段加密。

3.2 高密度電阻率法

高密度電阻率法是基于巖土層的導電性差異, 通過人工向地下發送電流形成地下穩定的電流場, 通過儀器自動控制轉換裝置對所布設剖面布置的多個電極進行自動觀測和記錄的一種物探方法[6]。高密度野外測試E60M 高密度電法儀,在選頻法異常強烈的地段布置測線2 條,采用恒壓供電,用溫納、偶極和斯倫貝格裝置,測量點距2m（圖3）。

圖3 高密度測線5 溫納裝置視電阻率反演成果圖

3.3 勘探結果

經過野外地質踏勘、天然電場選頻法、高密度電阻率法等方法的勘探,以及室內資料綜合分析等,在場地及其附近共發現中部、西南二個物探異常帶,二個異常帶呈“Y”形展布(圖1)。

中部物探異常帶:分布于場地的中部,近南北向展布,物異常區東西向寬約20 米,南北向長45 米,并沿南北方向往外延伸,垂向上異常分布于地面以下0-150 米范圍內。推測該物探異常區為斷層破碎帶,巖溶發育、地下水活動強烈。

西南物探異常帶:分布于場地的西南側,西北向展布,物異常帶寬約8 米,長約55 米,呈線狀分布,沿場地北西方向往外延伸,垂向上異常分布于地面以下0-150 米范圍內。

推測該物探異常帶為斷層破碎帶,向下延伸較深,斷層破碎帶及其兩側巖土層性質差別較大。

物探異常帶經鉆探驗證,異常強烈處都為斷層破碎帶,巖土層破碎,異常范圍和深度與物探結論基本一致,在樁基施工過程中, 由于管樁成樁過程中柴油錘錘擊振動導致地表土沿斷裂破碎帶或溶洞下陷,形成地面塌陷。

4 結論

某建筑場地在樁基施工過程中發生地面塌陷, 采用天然電場選頻法、高密度電阻率法和鉆探驗證調查研究塌陷的位置和成因,通過二種方法在城區的地面塌陷勘探中的對比研究,認為天然電場選頻法儀器輕便,勘探線布置靈活,勘探深度大,干擾因素較少,工作效率高;高密度電阻率法勘探成果直觀,但電極布置受地形、電纜、房屋等因素影響較大,勘探布極工作量大。