高密度電法在城市巖溶地區(qū)建設(shè)用地勘查中的應(yīng)用

李 灝

福海街道市政建設(shè)工程事務(wù)中心 廣東 深圳 518000

前言

隨著城市發(fā)展水平的不斷提高，城市對(duì)發(fā)展空間的需求與土地稀缺的矛盾日益凸顯，可建設(shè)用地的價(jià)值日益提升。在對(duì)可建設(shè)用地的開(kāi)發(fā)利用的過(guò)程中，不可避免會(huì)遇到復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境，尤其要重視對(duì)建筑施工安全帶來(lái)威脅的不良體質(zhì)體。對(duì)地質(zhì)情況進(jìn)行準(zhǔn)確且高效地勘查，是可建設(shè)用地高效開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵。灰?guī)r地區(qū)溶蝕現(xiàn)象較為普遍，不僅會(huì)導(dǎo)致基巖面起伏很大，還會(huì)有較多的溶蝕帶、溶洞、土洞等不良地質(zhì)現(xiàn)象，會(huì)嚴(yán)重地影響到工程施工[1]。為保證建筑物的安全，適應(yīng)城市環(huán)境，應(yīng)選擇快捷經(jīng)濟(jì)、無(wú)損的物探手段運(yùn)用于城市環(huán)境的勘察[2]。利用高密度電法進(jìn)行二維地電斷面測(cè)量，兼具剖面法與測(cè)深法的功能，有點(diǎn)距小、采樣密度高的特點(diǎn)，在敷設(shè)一次導(dǎo)線(xiàn)后可進(jìn)行數(shù)千個(gè)記錄點(diǎn)的數(shù)據(jù)觀測(cè)，其信息量大、施工效率高[3]。

本次以深圳市東部某建設(shè)用地為例，利用高密度電法對(duì)建設(shè)用地的視電阻率進(jìn)行采集，結(jié)合勘察資料進(jìn)行分析，并通過(guò)鉆探驗(yàn)證，查明研究區(qū)內(nèi)基巖面的起伏形態(tài)及覆蓋層厚度，同時(shí)，對(duì)研究區(qū)內(nèi)的巖溶地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育情況進(jìn)行了探查，圈出了溶、土洞異常的范圍，為建筑工程的安全施工提出指導(dǎo)建議。

1 研究區(qū)概況

1.1 地質(zhì)地貌及地層巖性

研究區(qū)原始地貌單元為坡地及山前平原，局部為沖洪積階地，地形起伏。區(qū)內(nèi)大部分場(chǎng)地已平整，平整后整體地勢(shì)依坡高，四周低，坡地地段植被發(fā)育。

研究區(qū)內(nèi)分布的地層由淺至深為人工填土層、第四系全新統(tǒng)沖洪積層、第四系全新統(tǒng)坡洪積層、第四系上更新統(tǒng)沼澤相沉積層、第四系上更新統(tǒng)沖洪積層、第四系上更新統(tǒng)坡洪積層、第四系不明成因堆積層、第四系殘積層。場(chǎng)地下伏基巖為石炭系砂質(zhì)板巖、炭質(zhì)板巖及石灰?guī)r炭質(zhì)板巖。

1.2 水文及地質(zhì)災(zāi)害隱患

研究區(qū)內(nèi)地下水根據(jù)其賦存介質(zhì)和埋藏條件不同可分為四類(lèi)：（1）人工填土層中存在上層滯水；（2）賦存于第四系全新統(tǒng)及上更新統(tǒng)沖洪積粉砂層中的孔隙潛水；（3）存在于基巖強(qiáng)風(fēng)化～中風(fēng)化帶中的裂隙承壓水；（4）賦存于微風(fēng)化石灰?guī)r中的巖溶裂隙（孔洞）水。地下水主要受大氣降水垂直補(bǔ)給及地下逕流的側(cè)向補(bǔ)給，整體方向沿山體向周邊排泄。測(cè)得穩(wěn)定水位埋深0.10～23.00m，標(biāo)高為48.41～74.68m，受豐水季節(jié)和枯水季節(jié)影響，穩(wěn)定水位差異會(huì)較大。根據(jù)深圳地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，地下水位年變幅在近山體位置2～4m，遠(yuǎn)山體位置1～2m。

總體來(lái)說(shuō)，研究區(qū)內(nèi)微風(fēng)化巖面以下巖溶裂隙、溶洞發(fā)育地段地下水極為豐富，地下水、可溶巖及可流動(dòng)的通道為巖溶提供了良好的發(fā)育環(huán)境，容易發(fā)育成為溶、土洞，給建筑基礎(chǔ)的穩(wěn)定與安全造成隱患，也給基礎(chǔ)施工來(lái)一定困難。

2 研究區(qū)物性特征

研究區(qū)內(nèi)不同地層之間的電性差異明顯。根據(jù)高密度電法測(cè)線(xiàn)與勘察鉆孔比對(duì)結(jié)果，覆蓋層及人工填土的電阻率為10～60Ω·m；粉質(zhì)粘土的電阻率為30～80Ω·m；砂質(zhì)板巖電阻率為50～110Ω·m；灰?guī)r電阻率大于100Ω·m。當(dāng)?shù)叵聨r溶、土洞發(fā)育時(shí)，巖溶、土洞發(fā)育位置的電阻率會(huì)與周?chē)鷰r層電阻率存在較大差異。被充填的巖溶、土洞表現(xiàn)為低電阻率特征，在電法勘探中表現(xiàn)為低阻異常，未充填的巖溶、土洞表現(xiàn)表現(xiàn)為高電阻率特征，在電法勘探中表現(xiàn)為高阻異常。由地質(zhì)勘察結(jié)果可知場(chǎng)地內(nèi)存在上述巖層，因此場(chǎng)地存在進(jìn)行電阻率勘探的電性差異。

3 方法原理及異常特征

高密度電法是以探測(cè)地下目標(biāo)體導(dǎo)電性差異為基礎(chǔ)的一種地球物理勘探方法。高密度電阻率法通過(guò)高密度主機(jī)連接電極轉(zhuǎn)換器來(lái)控制供電電極(一般用A、B表示)和測(cè)量電極(一般用M、N表示)的不同組合方式，以測(cè)量不同深度地下介質(zhì)的視電阻率值。當(dāng)供電電極AB向地下加載直流電流時(shí)，在地表利用測(cè)量電極MN測(cè)量剖面上特定位置的電壓和電流，通過(guò)對(duì)電壓和電流數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，可獲得高密度電法視電阻率斷面圖，由此劃分研究區(qū)內(nèi)巖土介質(zhì)的視電阻率值及不同視電阻率介質(zhì)的分布變化形態(tài)，進(jìn)而判識(shí)研究區(qū)內(nèi)部是否存在斷層、巖溶及其它不良地質(zhì)作用。當(dāng)研究區(qū)內(nèi)介質(zhì)為均質(zhì)、無(wú)斷層或其它不良地質(zhì)作用時(shí)，視電阻率等值線(xiàn)一般呈有規(guī)律的均勻分布，近水平層狀；當(dāng)研究區(qū)內(nèi)存在上述隱患時(shí)，則視電阻率等值線(xiàn)將發(fā)生變化，表現(xiàn)為梯度變化大，出現(xiàn)高阻或低阻閉合圈等異常形態(tài)。

4 物探實(shí)施

4.1 工作布置

地質(zhì)勘察資料顯示研究區(qū)內(nèi)灰?guī)r面從北西往南東向由淺變深。為更好地探明溶、土洞異常，沿北西-南東向布置高密度測(cè)線(xiàn)42條，測(cè)線(xiàn)長(zhǎng)度144～324m，同時(shí)，為提高探測(cè)精度并克服橫向盲區(qū)，沿北東-南西方向布置高密度測(cè)線(xiàn)29條，測(cè)線(xiàn)長(zhǎng)度88～704m，其中部分測(cè)線(xiàn)超過(guò)了儀器單次采集的最大476m（120道，4m電極距）的長(zhǎng)度，這部分測(cè)線(xiàn)采用分段采集的方式，在測(cè)線(xiàn)前端與后端分別進(jìn)行兩次數(shù)據(jù)采集，再將兩次采集的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加后進(jìn)行處理解釋。

高密度電法采用重慶奔騰數(shù)控技術(shù)研究所生產(chǎn)的WGMD-9超級(jí)高密度電法系統(tǒng)，主機(jī)型號(hào)WDA-1，配套WDZJ-120多路電極轉(zhuǎn)換器，最大道數(shù)120。電極極距4m，每條測(cè)線(xiàn)均采用溫納裝置（α）、偶極裝置（β）以及施倫貝謝爾裝置（α2）三種裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并對(duì)三種裝置所得異常綜合進(jìn)行對(duì)比分析。

圖1 高密度電法測(cè)線(xiàn)布置圖

4.2 典型剖面特征分析

以15號(hào)測(cè)線(xiàn)為例對(duì)高密度電法異常進(jìn)行分析解譯。該測(cè)線(xiàn)采用溫納裝置（α）排列，電極距4m，測(cè)線(xiàn)總長(zhǎng)度456m。圖2為測(cè)線(xiàn)實(shí)測(cè)視電阻率等值線(xiàn)斷面圖，利用測(cè)繪數(shù)據(jù)進(jìn)行了地形改正，縱坐標(biāo)為高程，橫坐標(biāo)為水平偏移距。圖中可以看出，視電阻率值由淺至深呈增加趨勢(shì)，結(jié)合勘察鉆孔資料，以視電阻率90Ω·m等值線(xiàn)附近作為推斷基巖面。覆蓋層厚度幾米至30m不等，視電阻率較低，在30～90Ω·m范圍，以下為基巖，視電阻率總體較高，在90～190Ω·m范圍。水平位置90～130m處出現(xiàn)電阻率梯度變化較大區(qū)域，推斷為溶洞，水平位置260～270m及350～370m位置也出現(xiàn)類(lèi)似異常，推斷為溶洞，其余位置基巖相對(duì)完整。

圖2 測(cè)線(xiàn)15實(shí)測(cè)視電阻率等值線(xiàn)斷面圖

5 結(jié)語(yǔ)

（1）根據(jù)高密度電法成果，研究區(qū)內(nèi)存在多處溶、土洞發(fā)育，在建筑施工時(shí)應(yīng)進(jìn)行地基處理，如鉆孔灌沙振動(dòng)壓密充填、注漿處理等，對(duì)于采用樁基礎(chǔ)的建筑物，樁基礎(chǔ)持力層須選取完整基巖。

（2）對(duì)比高密度電法成果與鉆探資料可知，高密度電法可以較好地區(qū)分研究區(qū)內(nèi)的覆蓋層與基巖，而鉆探所揭露的溶、土洞位置的異常，在高密度電法成果中也能有較好地體現(xiàn)。由于地下介質(zhì)復(fù)雜多樣，而電法類(lèi)物探方法所測(cè)得的電性剖面是地下介質(zhì)電性的綜合反映，在解釋的過(guò)程中存在多解性，因此高密度電法在目標(biāo)體具體深度的確定方面無(wú)法達(dá)到很高的精度，但已經(jīng)可以大體了解探測(cè)區(qū)域的地下電性分布以及圈定異常位置。總體而言，高密度電法因其無(wú)損、輕便、高效的特點(diǎn)，成為一種在城市環(huán)境中進(jìn)行大范圍勘查時(shí)值得選用的物探方法。