物探方法在住房用地地下巖溶勘查中的應(yīng)用

王家俊 楊炳南

摘要：在喀斯特地貌分布區(qū)，巖溶較為發(fā)育，給地面建筑帶來較大的安全隱患。本文根據(jù)地下巖溶的地球物理特征，選擇音頻大地電磁法和高密度電法兩種物探方法，在相關(guān)房屋建設(shè)用地區(qū)域開展地球物理勘查工作，大致查明測區(qū)范圍內(nèi)地下巖溶的分布范圍及危害，為災(zāi)害預(yù)防和治理提供科學(xué)依據(jù)。

Abstract： Guizhou province is the main distribution area of Karst landform in China. With the continuous development of economic construction， some areas of the ground have collapsed since the construction of the roads， residential housing and other projects started， which pose a serious threat to the lives and property of local residents. So based on the geophysical exploration work in the relevant areas， we can find out the distribution and harm of karst collapse within the range of measurement， providing scientific basis for disaster prevention and governance.

關(guān)鍵詞：物探方法；巖溶塌陷；應(yīng)用

Key words： geophysical method；karst collapse；application

中圖分類號：TU195 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）11-0196-04

0 引言

地下巖溶、裂隙的發(fā)育破壞了巖體原有的完整性，降低了巖體本身的強(qiáng)度，往往會對工程建設(shè)領(lǐng)域產(chǎn)生諸多不利影響甚至引起重大災(zāi)害，比如水利工程潰壩、宅基地塌陷、地下工程突水等。而引發(fā)這些災(zāi)害的因素大多埋藏地下，地表很難發(fā)現(xiàn)，因此很有必要通過物探的手段大致查明巖溶、裂隙的位置、大小、埋深等空間分布特征，為工程的開工建設(shè)提供有效的參考依據(jù)。

應(yīng)用于巖溶、裂隙勘查的物探方法較多，如高密度電法、音頻大地電磁法、瞬變電磁法等，可結(jié)合不同的工區(qū)地質(zhì)特征及目的任務(wù)選擇相應(yīng)的物探方法。本文以音頻大地電磁法和高密度電法為例，探討這兩種方法在該探測領(lǐng)域的應(yīng)用效果。

1 物性條件

巖溶發(fā)育區(qū)基巖主要以碳酸鹽巖為主，溶洞在電阻率上與圍巖差異明顯，主要體現(xiàn)在：①若溶洞為空洞，則由于其導(dǎo)電性差，綜合電性特征表現(xiàn)為高阻圈閉異常特征；②若溶洞填充了粘土、地下水等，則由于其導(dǎo)電性好，綜合電性特征表現(xiàn)為低阻圈閉異常特征。此外，還有節(jié)理、裂隙異常特征，判斷節(jié)理、裂隙最直接的依據(jù)是電阻率斷面圖的橫向電性是否連續(xù)，也就是說，橫向的視電阻率曲線發(fā)生了較明顯的下陷或上凸，使其兩側(cè)的電性差異明顯，表現(xiàn)為一個很明顯的不連續(xù)性。因此，通過物探方法探測該區(qū)域的電阻率參數(shù)特征，可為探明測區(qū)地下巖溶的分布特征提供切實(shí)有效的幫助。

2 物探測試方法

根據(jù)以往工作區(qū)域的地質(zhì)特征及勘查目的，本文重點(diǎn)探討音頻大地電磁法和高密度電法兩種物探方法的應(yīng)用效果。

2.1 音頻大地電磁法

音頻大地電磁法（AMT）基本原理是以天然大地電磁場為場源，觀測互相垂直的兩個方向上若干頻率的電場水平分量Ex、Ey和磁場水平分量Hx、Hy，然后利用相互垂直的電場振幅和磁場振幅計(jì)算阻抗電阻率ρs；觀測電場相位Ep和磁場Hp，用以計(jì)算阻抗相位？準(zhǔn)；用阻抗電阻率和阻抗相位聯(lián)合反演計(jì)算電阻率參數(shù)，最后利用反演的電阻率進(jìn)行地質(zhì)推斷解釋。頻率范圍是10000Hz～1Hz，探測深度一般在2000m之內(nèi)。本次探測儀器采用的是美國著名的Geometrics公司和EMI公司聯(lián)合研制EH4大地電磁測深儀，裝置的布設(shè)如圖1所示。

2.2 高密度電法

采用重慶地質(zhì)儀器廠研制的DZD-6A電法儀。其基本原理是通過觀測與研究人工建立的地中電流場（穩(wěn)定場或交變場）的分布規(guī)律進(jìn)行找礦和解決地質(zhì)問題的一組電法勘探方法。高密度電阻率法通過視電阻率高密度剖面成像探測系統(tǒng)，控制同一條多芯電纜上布置連結(jié)的多個電極，使其自動組成多個垂向測深點(diǎn)或多個不同探測深度的探測剖面，根據(jù)控制系統(tǒng)中選擇的探測裝置類型，對電極進(jìn)行相應(yīng)的排列組合，按照測深點(diǎn)位置的排列順序或探測剖面的深度順序，逐點(diǎn)或逐層探測。

高密度電法具有以下特點(diǎn)：①電極布設(shè)一次完成，實(shí)現(xiàn)野外數(shù)據(jù)采集自動化，采集速度快。相對常規(guī)電阻率法而言，大大減少了因電極布置而引起的故障和干擾。②在同一剖面上，保持電極數(shù)、電極間距、測點(diǎn)位置、接地電阻不變，可進(jìn)行多種電極排列方式的掃描測量。③具有較高的測量密度，所獲得的數(shù)據(jù)包含豐富的地質(zhì)信息，利用專業(yè)軟件可進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

3 應(yīng)用實(shí)例

3.1 EH4在貴陽市某汽車項(xiàng)目建設(shè)用地地下巖溶勘查中的應(yīng)用

3.1.1 工區(qū)概況

工區(qū)位于貴陽市烏當(dāng)區(qū)金華鎮(zhèn)。區(qū)內(nèi)出露地層主要為二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M（P3l）、長興組+大隆組（P3c+d）及三疊系下統(tǒng)大冶組（T1d）和第四系；區(qū)內(nèi)構(gòu)造較為復(fù)雜，發(fā)育有北東向斷層F1、北西向斷層F2、南北向斷層F3，北西向柜子巖背斜及北東、北北東、北西、與近東西向節(jié)理裂隙。柜子巖背斜從工作區(qū)中部穿過，向南東傾伏，南西翼地層傾向140°，傾角14°；北東翼地層傾向115°，傾角20°；在斷層附近地層產(chǎn)狀變化較大，常形成牽引小褶曲。

3.1.2 物探測試成果

如圖3所示為1、2號剖面EH4探測成果剖面圖。根據(jù)斷面圖上電阻率等值線高阻圈閉異常推測巖溶空洞異常3處，分別為YG1、YG2、YG3，對項(xiàng)目建設(shè)用地影響較大；根據(jù)斷面圖上視電阻率等值線低阻圈閉異常推測巖溶填充異常3處，分別為YD1、YD2、YD3，對項(xiàng)目建設(shè)用地有一定的影響；根據(jù)斷面圖上視電阻率等值線下凹呈低阻板狀體異常，推測了J1、J2兩條節(jié)理裂隙異常。

3.2 高密度電法在貴州省沿河縣某高速公路安置點(diǎn)巖溶勘查中的應(yīng)用

3.2.1 工區(qū)概況

工區(qū)位于貴州省沿河縣肖家壩鎮(zhèn)。區(qū)內(nèi)出露地層主要為寒武系上統(tǒng)毛田組（∈3m），巖性為淺灰色中至厚層狀細(xì)晶灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖，常呈不等厚互層。場地上覆土層不均勻，厚度0～2m；下伏基巖產(chǎn)狀較陡，節(jié)理、裂隙較發(fā)育，地質(zhì)構(gòu)造屬中等復(fù)雜類型。

3.2.2 物探測試成果

如圖4所示為1、2號剖面高密度電法探測成果剖面圖。根據(jù)斷面圖上電阻率等值線低阻圈閉異常推測巖溶異常6處，分別為Y1、Y2、Y3、Y4、Y5和Y6，對項(xiàng)目建設(shè)用地有較大的影響。上述異常均位于灰?guī)r地層中。根據(jù)斷面圖上視電阻率等值線不連續(xù)性，推測了F1、F2、F3和F4斷裂裂隙異常；同時，根據(jù)物探成果劃分了巖溶發(fā)育區(qū)，指導(dǎo)下一步的工作部署。

4 結(jié)論

通過上述分析與探討，表明物探方法在工程建設(shè)領(lǐng)域?qū)Σ槊鞯叵聨r溶發(fā)育特征具有很好的指導(dǎo)意義：地表覆蓋層顯示明顯的低阻特征；灰?guī)r呈高阻特征；局部圈閉的電阻率等值線高阻異常與巖溶空洞異常對應(yīng)；局部圈閉的電阻率等值線低阻異常與巖溶填充異常對應(yīng)；節(jié)理裂隙異常特征則表現(xiàn)為橫向電阻率明顯的不連續(xù)性。因此結(jié)合地質(zhì)資料進(jìn)行物探測試工作，可為工區(qū)的鉆孔工程驗(yàn)證部署提供有效的參考依據(jù)。

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