高密度电法在某岩溶地基勘探中的应用

高密度电法在某岩溶地基勘探中的应用

潘淡浓

宏润建设集团股份有限公司  上海  200235

[摘要]：西南山区某村岩溶发育强烈，近年来由于受到采矿活动和岩溶塌陷的影响，陆续出现房屋墙体开裂、地面塌陷等情况，严重影响了当地居民的生产生活。如何有效、及时、准确的查明该村岩溶发育现状，统计岩溶塌陷点，并作出稳定性预测，对于村庄的发展就显得尤其重要。本文通过高密度电法对该村岩溶地基进行岩溶勘探，主要查明勘探范围内第四系覆盖层厚度、基岩面起伏形态、测区范围内岩溶发育的埋深及其规模和深部采空区等不良地质体。勘探结果表明在高密度电法勘探深度范围内，上部浅表覆盖层为第四系残坡积层（Qel+dl）红黏土，部分山体灰岩出露，下伏基岩面起伏变化不大，局部溶蚀裂隙发育，岩体破碎，出现充填红黏土的溶蚀带、溶洞等。

[关键词]：岩溶塌陷；高密度电法；地基勘探；

目前，随着我国社会经济不断发展，保障工程建设的安全顺利进行显得尤其重要。岩溶作为工程建设的一种典型不良地质现象，对工程建设存在很严重的安全隐患。在工程地质勘察过程中不仅要探明基岩面的起伏形态，还必须查明区内岩溶发育的埋深及其规模、溶（土）洞和溶蚀带的分布情况等。由于在较小的范围内，岩溶发育存在位置的不确定性、随机性和隐蔽性，给岩溶的分布及其发育情况的详查带来很大的困扰。物探作为岩溶地质调查的重要手段，近些年来得到了很大的发展。而高密度电法作为物探手段之一，凭借着采集数据量大、探测精度和分辨率高、抗干扰能力强等特点，在岩溶地区地质调查中得到广泛应用[1~3]，其勘探成果对工程建设具有重大的参考价值和指导意义。

1 勘探区概况

1.1 岩性

勘探范围内主要出露地层有第四系残坡积层（Qel+dl）、三叠系中统个旧组（T2g）。现由新到老分述如下：

（1）第四系残坡积层（Qel+dl）

为棕红色、褐黄色红粘土，结构松散。分布于岩溶洼地内及岩溶山地斜坡。岩溶洼地内厚2.5～14m；岩溶山地斜坡地带分布不连续，厚度一般小于5 m。

（2）三叠系中统个旧组（T2g）

个旧组第三段（T2gc）：灰岩、白云质灰岩、白云岩互层，灰色，厚层状，岩溶强烈发育，岩石表面较光滑或溶蚀呈平行、放射状“U”型纹沟，地面岩溶形态主要为岩溶洼地、溶沟、小溶洞、溶蚀裂隙，地下岩溶形态主要有溶蚀裂隙和溶洞，区域厚度513m。

个旧组第二段（T2gb）：白云岩，灰色，厚层状，岩溶强烈发育，岩石表面呈刀砍状或溶蚀呈平行、放射状“U”型纹沟，地面岩溶形态主要为岩溶洼地、溶沟、落水洞、小溶洞、溶蚀裂隙，地下岩溶形态主要有溶蚀裂隙和溶洞。

本次物探测区范围内主要地层为个旧组第二段（T2gb）灰岩、白云岩。

1.2 地球物理特性

据地质调查，勘探区内第四系残坡积层（Qel+dl）为棕红色、褐黄色红粘土，结构松散，视电阻率变化较大，一般为n×10～n×102·m。三叠系中统个旧组岩性为灰岩、白云质灰岩、白云岩互层，视电阻率一般为n×102～n×103·m，因风化程度差异，一般强风化及含水率较高时，视电阻率相对较低，中风化及岩体完整时则相对较高。在电法勘探工作开展前，选取具有代表性的土层、山体露头灰岩，使用电阻率测深法测量相应的物性参数。经测量，土层的视电阻率为400～1000·m，山体斜坡段的土层视电阻率相对较高，盆地区域的土层由于其含水率较高，视电阻率则相对较低。灰岩的视电阻率为1500～5000·m，强风化层相对较低，中风化层则相对较高。

区域内不良地质现象主要为土洞、溶洞和溶蚀带。土洞为发育在可溶岩上覆土层中的空洞，从地质特性上分析土洞存在两种充填形态，一为全空土洞，二为充填土洞。由于充填松散土质本身视电阻率较高，加之周边土层视电阻率较低，从而导致土洞在地球物理特性上表现为高阻异常。溶洞主要位于基岩面以下，由溶蚀带逐渐溶蚀形成。溶洞存在两种形态，一为全空溶洞，在地球物理特性上表现为高阻异常。二为充填溶洞，洞内多充填水、土介质，从而视电阻率偏低。充填溶洞在地球物理特性上表现为封闭或半封闭低阻异常，而不能封闭带状低阻异常则为溶蚀带。

1.3岩溶塌陷现状

勘探区岩溶塌陷发生时间长，分布范围广、规模大小不一。据现场调查，木登硐村岩溶塌陷点共17个，平面形态主要有圆形、近圆形和椭圆形。岩溶洼地有2个，其一为不规则圆形，另外一个为平面形态呈不规则椭圆形。

2 高密度电法简介

高密度电法是利用不同地层之间的电性差异，借观测天然产生或人工建立的电场或电磁场在地面的分布情况，来查明地形构造和解决地质问题的一种方法[1-3]。

2.1 工作原理

本次勘探工作采用WDJD-3高密度电法测量系统，主要工作流程如图1所示。

高密度电法野外数据采集主要是确定装置形式和采集参数后，通过高密度主机控制多路电极转换器来完成断面数据的自动采集。数据采集完成后，通过通讯程序将原始数据传入计算机进行数据处理、二维反演

。待数据处理和二维反演完成后，输出二维地电断面。

2.2 仪器试验及工作参数

为保证测量数据的正确可靠、仪器设备能否能满足勘探要求。勘探工作者选择在地质地层简单、地形相对平缓的区域布置测线，进行仪器试验工作，主要测试内容为电缆、接地电极是否完好；主机、转换机、电源是否稳定；选择不同的参数进行测量，从而确定最能满足本次勘探要求的工作参数。

拟采用工作参数为电极：120根，点距：3m，测量装置：温纳α，供电时间：250ms；电极：60根，点距：10m，测量装置：温纳α，供电时间250ms。

2.3 勘探成果处理

本次高密度电法勘探将高密度电法测量系统记录的数据输入计算机，用专用软件对数据进行不同格式的转换，从而绘出各条断面的视电阻率等值线图。对实测电阻率二维断面进行反演得到电阻率模型，通过对电阻率模型正演得到正演断面曲线后与实测断面曲线进行对比，不断修改模型并将正演断面曲线与实测断面曲线对比，直到模型的正演断面曲线与实测断面曲线拟合到一定的精度以内，就可得到较符合实际情况的模型电阻率数据，根据各测点的拟合结果绘制断面图，最后对资料进行综合分析解释。

3 工程应用

3.1 测线布置

本次勘探采用高密度电法，共布置6条电法勘探测线，分别是测线Ⅰ~Ⅰ’、测线Ⅱ~Ⅱ’、测线Ⅲ~Ⅲ’、测线Ⅳ~Ⅳ’、测线Ⅴ~Ⅴ’、测线Ⅵ~Ⅵ’。

3.2 勘探成果分析

根据电法勘探成果，选取较有代表性的断面进行解释分析。本次高密度电法勘探选取Ⅱ~Ⅱ’断面、Ⅲ~Ⅲ’断面，通过断面资料，结合地质资料和异常解释依据，对典型断面进行解释分析，推断如下。

Ⅱ~Ⅱ’断面（图2）：上部浅表覆盖层为第四系残坡积层（Qel+dl）红黏土，厚度约为2～12m左右，测线范围内多数为山体斜坡，整体土层较薄，灰岩出露较多。下伏基岩面起伏变化不大，局部岩体溶蚀裂隙发育，数据经过反演后显示，约在310m处、530m处、850m各有一竖向低阻带，比周围岩体视电阻率低，推测为岩溶裂隙发育，充填红黏土的溶蚀带。在土层范围内，未发现土洞等不良地质体。

Ⅲ~Ⅲ’断面（图3）：上部浅表覆盖层为第四系残坡积层（Qel+dl）红黏土，厚度约为2～12m左右，测线范围内多数为山体斜坡，整体土层较薄，灰岩出露较多。下伏基岩面起伏变化不大，局部岩体溶蚀裂隙发育，数据经过反演后显示，约在310m处、850m各有一竖向低阻带，比周围岩体视电阻率低，推测为岩溶裂隙发育，充填红黏土的溶蚀带。在1050m处，位于基岩面以下，有一低阻带，推测为充填红黏土的溶洞。在土层范围内，未发现土洞等不良地质体。

3.3 电阻率测深法验证

为验证高密度电法的准确性以及查明在深度200m范围内是否有采空区存在，本次勘探在高密度电法Ⅱ~Ⅱ’测线、Ⅲ~Ⅲ’测线（340m~840m段）上布置电测深测线2条1000米/52个测点。勘探结束后，通过分析1~1’测线、2~2’测线视电阻率等值线图（图4、图5），得到相应的地质解释。

1~1’测线（Ⅱ~Ⅱ’测线340m~840m段）：该剖面最大勘探深度约为200m，中上部分基本与高密度电法成果吻合，深部视电阻率逐渐降低，结合Ⅲ号测线340m~840m段的电测深数据分析，二者呈现相似的逐渐降低规律，推测该剖面520m~540m、655m~680m段为深部采空区，由于顶部岩层崩塌引起的低阻异常，推测为两条原采空区通道，顶板埋深约130m左右。

2~2’测线（Ⅲ~Ⅲ’测线340m~840m段）：该剖面最大勘探深度约为200m，中上部分基本与高密度电法成果吻合，深部视电阻率逐渐降低，结合Ⅱ号测线340m~840m段的电测深数据分析，二者呈现相似的逐渐降低规律，推测该剖面480m~550m、640m~670m段为人工采空区，由于顶部岩层崩塌引起的低阻异常。

4结论

本文通过高密度电法对研究区进行岩溶勘探，主要查明勘探范围内第四系覆盖层厚度、基岩面起伏形态、测区范围内岩溶发育的埋深及其规模和深部采空区等不良地质体。通过电法勘探成果分析可以得出如下结论：

（1）在高密度电法勘探深度范围内，上部浅表覆盖层为第四系残坡积层（Qel+dl）红黏土，厚度约为2~12m左右，整体土层较薄，部分山体灰岩出露，下伏基岩面起伏变化不大，局部溶蚀裂隙发育，岩体破碎。在测线区域内均存在不同程度的岩溶裂隙发育，局部出现充填红黏土的溶蚀带、溶洞。

（2）在高密度电法Ⅱ~Ⅱ’测线340m~840m段（电测深1~1’测线）中的520m~540m段、655m~680m段，电阻率相对较低；高密度电法Ⅲ

~Ⅲ’测线340m~840m（电测深2~2’测线）的480m~550m段、640m~670m段，电阻率也相对较低。通过对比电测深1~1’测线和2~2’测线视电阻率等值线图，2~2’测线剖面上的低阻异常比1~1’测线剖面上的低阻异常范围更宽，结合已有调查资料，推断这4个异常点为两条采空区的通道，顶板埋深约130m~141m左右，宽度15m~50m左右。

（3）通过高密度电法的浅层勘探和电阻率测深法的深层勘探，详细的查明了该地区浅层岩溶和深部采空区的发育情况。电阻率测深法断面中上部分低阻异常和高密度电法勘探结果的高度吻合，较好的验证了高密度电法在研究区浅层岩溶勘探的适用性。

参考文献：

[1]王红兵.高密度电法在岩溶勘察中的应用和研究[J].工程地球物理学报，2012，9（5）：551-554.

[2]黄绍逵，欧阳玉飞.高密度电法在岩溶勘察中的应用[J].工程地球物理学报，2009，6（6）：720-723.

[3]朱紫祥，胡俊杰.高密度电法在岩溶地区溶洞勘查中的应用[J].工程地球物理学报，2017，14（3）：290-293.

[4]许汉华，刘文连，陈磊，等.个旧老厂木登硐村岩溶塌陷特征分析[J].世界有色金属，2017（23）：274-276.