玄武巖地區高密度電法物探法的應用

文/蘇文存 三亞水文地質工程地質勘察院 海南三亞 572600

1、高密度電法以及應用范圍

高密度電法(High-densityResistivityMeth od)是以地下被探測目標體與周圍介質之間的電性差異為基礎，人工建立地下穩定直流電場，依據預先布置的若干道電極，采用預定裝置排列形式進行掃描觀測，研究地下一定范圍內的空間電阻率變化，從而查明和研究有關地質問題的一種物探方法。

高密度電法采用電阻率四極對稱測深測量法，其工作方法是：首先在地面固定某個測點，通過逐步加大和加密測量供電極距（AB/2）以達到獲取地下不同深度位置巖土的視電阻率值，即可查明巖土縱深方向的電性變化情況，然后在完成該測點一定深度范圍的數據采集后以一定間距重復另一測點以獲取其地下不同深度位置巖土的視電阻率值，通過對比不同測點在不同深度位置的視電阻率值，即可了解巖土層橫向的電性變化情況，最后利用專業軟件和相關的解釋方法進行解釋，從而確定巖土層的性質及其發布。本次工作使用重慶奔騰數控技術研究所生產的WGMD-1型高密度電阻率測量儀來進行，采取的測量供電極距AB/2分別為1.5m、2.5m、4.0m、6.0m、8.0m、10.0m、13.0m、16.0m、20.0m、25.0m、30.0m 和 36.0m，對應的測量極距MN/2為0.5m和1.5m兩種，有效探測深度可達20米。根據設計要求，本次工作測區范圍為200m×200m，布設的測網密度為4m×10m，共布設了21條探測線，線距10m，測點間距4m（具體見圖1）。實際完成了1071個電阻率四極對稱測深測點。

現行的國家勘察規范在條文說明中也指出，可以用高密度電法來進行以下工作：①、測定基巖埋深，劃分松散沉積層序和基巖風化帶；②、探測隱伏斷層、破碎帶；③、探測地下洞穴；④、測定潛水面深度和含水層分布；⑤、探測地下和水下隱埋物體。高密度電法可以作為常規鉆探、觸探、標貫等勘察手段的輔助和補充，從而為地基基礎設計提供豐富的地下信息，成為巖土工程勘察過程中的一項行之有效的輔助手段。

2、高密度電法物探法玄武巖地區實踐實例

海南煉化800萬噸/年煉油化工項目，位于海南省洋浦經濟開發區西部，西臨北部灣，是全國首個建設在第四系玄武巖噴發區的大型煉油化工項目。該項目新增原油罐區由4個原油罐組成，單罐容積10萬m3，罐體直徑80m，罐高21.8m，油面高20.71m。該項目工程場地巖土工程條件極為復雜，由于第四紀火山活動頻繁，多期噴發（分3-4期），形成巖（玄武巖）與土層（殘積土與風化帶）交替出現的特殊巖土層結構，且每期形成的玄武巖層厚度不大，空間分布不均勻、局部缺失或極破碎、強風化帶不均勻和有分布孤石。

考慮到地基土的復雜性，鄰近已建成的10萬m3原油儲罐偏于安全考慮均采用了鉆孔灌注樁基礎，施工工期長，建設成本高。為縮短工期及降低建設成本，尋求更為合理的地基基礎方案，勘察要求重點查清第四系玄武巖的空間分布、場地覆蓋層厚度及覆蓋層中玄武巖孤石的分布情況，根據勘察場地地基土的特殊性，決定采用鉆探、原位測試與高密度電法相結合的綜合手段進行勘察。

根據物探解譯成果數據繪制成建設場地覆蓋層厚度變化的剖面圖，再由各個剖面圖推演出覆蓋層等厚圖；物探成果表明本建設場地沒有孤石密集區（成片或成堆）分布。通過實際鉆探資料對物探點進行驗證，精度達到了設計要求。

本次勘察通過采用鉆探、原位測試與高密度電法物探相結合的綜合勘探方法，基本查清了建設場地第四系玄武巖的空間分布、場地覆蓋層厚度及覆蓋層中玄武巖孤石分布情況，經綜合分析，勘察報告提出了對擬建的4個10萬m3原油儲罐采用強夯加換土墊層（即先采用強夯處理，再將表層2m厚的土層挖除，換作同厚度的中粗砂墊層）的地基基礎方案建議。設計方采納了勘察報告建議的地基基礎方案，采用強夯法對②、③層土進行夯實處理，根據土層不同厚度選用不同的強夯能級，強夯前先將裸露在地表或淺層孤石挖除，進行第一遍夯實，經第一遍夯實后，將再次出露的孤石挖除，進行第二遍夯實，以減小孤石對強夯加固效果的不利影響。強夯結束后，將表層2m厚的土層挖除，換作同厚度的中粗砂墊層。擬建4個10萬m3原油儲罐采用強夯加換土墊層的地基基礎方案，已于2007年底建成投產，運營正常。

該項目通過采用鉆探、原位測試與高密度電法物探相結合的綜合勘察方法，基本查清了復雜的地基土條件，提出了合理的地基基礎方案，縮短建設工期約4個月，并大大降低了建設成本。

工程實踐表明，效果較為理想，可為類似項目提供可借鑒的工程勘察經驗。

3、工程實例

根據筆者在臨高縣某區(玄武巖噴發地區)的勘察實例，論述該物探法在玄武巖地區的使用過程以及分析。

擬建工程包括18棟層高29F的住宅樓，12棟層高32F的住宅樓。場地地貌屬玄武巖風化剝蝕臺地。

3.1 場地工程地質條件

本次勘察查明，在勘察所達深度范圍內，場地地層為第四系玄武巖殘積層（Qel）、第四系中更新統玄武巖（Q2β）、第四系下更新統海相沉積層（Q1m）以及上第三系上新統玄武巖（N2）和第三系上新統海相沉積的粉質粘土（N2）海相沉積層（N2m）組成。自上而下可劃分為6個工程地質單元層及2個亞層，其巖性特征分述如下：

第①層含碎石粉質粘土（Qel）：紅褐、黃褐色，可塑狀，為玄武巖風化殘積土，切面稍有光澤，風化不均勻，下部夾少量的風化巖碎塊及礫砂，d=2～8cm，次棱角狀，局部地段混玄武巖孤石。

第②層強風化玄武巖（Q2β）：黃褐、灰褐色，主要礦物成分為斜長石、橄欖石、輝石及角閃石等組成，隱晶結構，氣孔狀構造，巖體極破碎，節理、裂隙極發育，風化物充填，用手可折斷，干鉆難以鉆進，錘擊聲啞，巖芯呈碎塊或碎石狀，塊徑多為2～9cm，RQD=0。

第③層中等風化玄武巖（Q2β）：深灰、灰黑色，主要礦物成分為斜長石、橄欖石、輝石及角閃石等組成，隱晶質結構，氣孔狀～致密狀構造，呈無規律雞窩狀分布，強度不均勻，局部裂隙發育，錘擊聲較清脆，巖芯較完整，呈短柱～長柱狀，長度為5～125cm，RQD=20～75。

第④層粉砂（Q 1m）：深灰、灰色，飽和，中密狀，局部密實狀，以粉砂為主、次為中砂、細砂，顆粒成分為石英質，亞圓形，含貝殼碎屑，級配不良，細粒土約20～30%。

第⑤層中等風化玄武巖(N2β)：深灰、灰黑色，主要礦物成分為斜長石、橄( ）欖石、輝石及角閃石等組成，隱晶質結構，氣孔狀～致密狀構造，呈無規律雞窩造分布，錘擊聲較清脆，巖芯較完整，呈短柱～長柱狀，長度為20～80cm，RQD=50～70。

第⑥層粘土(N2)：灰色，黃色，可～硬塑狀，切面有光澤，具水平層理，局部夾薄層砂。該層在整個場地均有分布。

本場地內存在兩層中風化玄武巖(較硬巖)，由于該地段火山巖成巖時間差距較大，且火山巖噴發形狀難于明確，且擬建工程為超過32層的超高層建筑，基礎的地基持力層選擇非常重要。

根據鉆孔手段的勘察結果，場區內局部地段第③層中風化玄武巖的層面連線成傾斜狀，難于確定該層的確定深度，加密鉆孔進行勘察，成本增加較大，經研究分析后，采用了高密度電法物探法進行探查。

3.2 試驗結果分析評價及應用

通過對外業獲得的測深視電阻率數據進行專業處理、成圖解釋，利用先進的二維反演軟件進行多次迭加求導等數據處理分析方法，并結合場地的鉆探資料對比分析，計算出每個測點處的覆蓋土層的厚度、基巖頂板的埋深及是否有孤石密集區分布。

結論：

海南島北部灣、瓊北地區由于第四系火山活動頻繁（分3-4期），玄武巖噴發區，玄武巖多期噴發，形成巖（玄武巖）與土層（殘積土與風化帶）交替出現的特殊巖土層結構，造成場地巖土工程條件極為復雜，依靠傳統的勘察手段，很難全面查清場地特殊的工程地質條件，而高密度電法物探技術恰好能填補鉆探在這方面的不足，從而提高了勘察成果質量。因此，只有根據場地巖土條件的特殊性，采取適宜的綜合勘察手段，優勢互補，各取所長，才能提高巖土工程勘察水平。