高密度電法在巖溶勘查中的應用

熊渝興 尹雪波

摘要：冰源充沛的南方地區，石灰巖地層常見溶蝕裂隙、溶洞、暗河等巖溶發育現象。巖溶構造往往使得基巖完整性差，強度等級降低，且巖溶發育除宏觀上滿足水文地質規律，在局部具有分散性及不規則性，對建設工程安全形成潛在威脅。本文介紹了高密度電法在探測地下暗河巖溶構造的應用實例，表明高密度電法在南方石灰巖地區工程勘察中具有良好應用效果。

關鍵詞：高密度電法；石灰巖地區；工程勘察；巖溶探測

1前言：重慶市南川區合溪鎮九溪社區美麗鄉村項目位于重慶市南川區最南部的合溪鎮九溪社區，建設場地紅線為長90m、寬50m的矩形。規劃建設2排共5棟5層居民樓房，已完成場平工程。建設場地東北側鄰近九溪河，為常年性地表水體，水流方向自西北至東南方向，據現場調查，工作區流經段現狀水位最高點標高661.6m，水位最低點標高660.2m，與場地水平落差約10m，坡降約1.4m，最小流量16.4㎡/s，平均流量為18.6㎡/s。工作區地層巖性為寒武系上統毛田組（∈m）中厚層狀灰巖、白云質灰巖，地表因場平工程發現場地南側有1個滲水溶洞A#（+672m），未發現其它涌水泉眼或落水洞，該巖層溶蝕裂隙較發育，為水體入滲提供了良好通道，主要補給來源為大氣降水，因鄰近九溪河，受河水水位漲落影響形成互補。為了避免和預防用地范圍內建設工程遭受巖溶構造引發的破壞，為建設工程總體部署、巖土工程、場地穩定性及適宜性評價提供參考資料，采用高密度電法初步查明建設用地范圍內第四系土層厚度：探測建設用地范圍內巖溶發育的情況。

2高密度電法的原理

高密度電法基本原理源于常規電法，是以地層巖性的電阻率差異為基礎，通過電極向地下供電，形成人工電場，采用測量電極測量該電場的電位差及電流。利用電場的分布與地下巖土介質的相關關系，根據公式（1）求得地下不同位置介質的視電阻率，獲得地下介質視電阻率ps的分布規律，并根據視電阻率差異及地質規律，推斷解釋地下地質結構。

高密度電法通過人工完成布極后，根據設定的相應裝置參數，儀器自動完成各電極排列的連續滾動供電及測量。溫納裝置形式在運用當中壓制干擾的能力及測量數據的穩定性相對較高。這種排列供電電極AB、測量電極MN均以中心原點0對稱，通過AB、MN自動連續滾動采集進行測量，形成一個倒梯形的數據斷面。

3測線布置及參數

根據調查的相關水文、地質資料，擬建的2排居民樓南側發現滲水溶洞，東北側毗鄰九溪河，巖層產狀358°∠2°，初步推測溶洞或溶蝕裂隙順巖層傾向，即北東向延展，并與九溪河連通的可能性較大。因此，物探工作根據居民樓排布情況，在滲水溶洞以北，沿北西一南東向布置2條平行測線，剖面1-1位于北側、剖面2-2位于南側，長度各為90m，間距22m。

高密度電法使用重慶奔騰數控儀器研究所生產的WDJD-3數字直流激電儀進行數據采集，工作區北側鄰近公路，東西兩側有民用線纜，為降低游離電場干擾，施工采用較大電壓270v供電。采用對稱四極測深裝置，電極距為1m，采集道數90，最大隔離系數29。

4數據處理

資料處理采用瑞典RES2D INV高密度電法反演軟件對地質模型進行反演擬合計算，得到二維反演成果。數據編輯：高密度電法數據通過數據傳輸軟件轉換格式，生成RES2D INV高密度電法反演軟件識別的數據文本，讀入數據后，根據數據編輯功能，刪除畸變的數據點。數據反演：數據反演采取最小二乘反演，因場地完成了場平工程，所以采用平地形的二維反演模型，生成反演剖面圖。圖形轉換：將反演剖面保存為su rfu r數據格式，進行圖形編輯，得到最終剖面成果圖。

5成果解釋

結合相關地質資料，根據電阻率斷面圖中視電阻率值的大小、異常的形態等特征，對灰巖中巖溶發育進行判釋。

剖面1-1位于場地北側，呈北西南東向布置，由于場地已實施場平工程，經土方開挖和平整，土層較薄，約1～2m。基巖面略有起伏，巖體電性特征呈明顯的高阻，測線橫向56～62米，埋深3～8米范圍內呈明顯的低的異常區，推斷為灰巖溶洞發育，粘土填充，編號為1-1#。

剖面2-2位于場地南側，呈北西南東向布置，由于場地已實施場平工程，經土方開挖和平整，土層較薄，約1～4m。基巖面略有起伏，巖體電性特征呈明顯的高阻，測線橫向57～62米，埋深1～6米范圍內呈明顯的低的異常區，推斷為開口型灰巖溶洞發育，粘土填充，編號為2-1#。6認識：（1）高密度電法溫納裝置形式在地表條件適宜的情況下，對南方石灰巖地區巖溶勘查有良好效果。（2）巖溶發育在宏觀上滿足水文地質規律，在局部具有分散性及不規則性，鉆探工程往往以大間距分布，無法連續控制場地地下構造，而高密度電法以地電斷面的形式，可以相對完整反映地質剖面情況，配合少量鉆孔可以大大提高勘查效率及準確性，可以大大降低巖溶構造對建設工程的安全威脅，有廣闊的應用前景。