電法勘探在城區(qū)地面塌陷調(diào)查中的應(yīng)用

楊澤宇 周志浩 何俊杰

（1、湖南城建職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 湘潭411101 2、湖南科技大學(xué)，湖南 湘潭411201）

1 概述

某建筑場地主要由第四系和白堊系灰質(zhì)礫巖組成,地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜,斷裂發(fā)育,其中有些是活動斷裂,沿斷裂帶發(fā)育巖溶,在樁基施工過程中,部分場地發(fā)生地面塌陷, 嚴重威脅施工人員和建筑物安全, 為了房屋建設(shè)過程中人員安全和房屋建成后建筑物的穩(wěn)定, 采用天然電場選頻法和高密度電阻率法進行調(diào)查研究, 查明區(qū)內(nèi)塌陷的具體分布、成因以及對工程建筑物的影響。

2 地質(zhì)概況

建筑場地內(nèi)分布的地層主要有第四系筻口組、白水江組、馬王堆組、白沙井組、新開鋪組、洞井鋪組和白堊系戴家坪組(K2d)。

第四系為湘江Ⅱ級階地沉積,巖性、厚度變化大,主要為粘土、粉質(zhì)粘土、砂、圓礫和卵石等。

白堊系戴家坪組為褐紅色灰質(zhì)礫巖, 碎屑結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造,礫石以石灰?guī)r為主,鈣質(zhì)膠結(jié),礫石粒徑多為0.2-5cm,溶洞或溶蝕現(xiàn)象呈串珠狀發(fā)育,溶洞可見率為30%。洞高0.5～5.3m。洞內(nèi)為半充填, 其充填物主要由可-軟塑狀粘性土、砂礫、巖石碎塊等物質(zhì)組成,呈松散狀。

場區(qū)主要靠大氣降水和地表水滲透補給,地下潛水位受地形和地表水體影響較大, 地下水類型主要為松散巖類孔隙水和裂隙溶洞水。

3 物探方法選擇與勘探結(jié)果

為了查明地面塌陷的分布, 根據(jù)場地的地形、地質(zhì)條件和物探方法特點,采用天然電場選頻法和高密度電阻率法二種方法。

3.1 天然電場選頻法

天然電場選頻法的場源屬于交變電磁場, 為音頻大地電磁法的一種。通過測量音頻段中大地電磁場產(chǎn)生的電分量來研究音頻大地電磁特征,場源比較遠的地方的大地電磁場,電磁波被視為垂直于地面入射,服從麥克斯韋方程組。在無磁介質(zhì)中, 電磁波的穿透深度與介質(zhì)電阻率大小成正比, 與電磁波頻率的大小成反比,穿透深度δ(m)與介質(zhì)的電阻率ρ、電磁波的頻率f(Hz)之間關(guān)系為:

圖1 天然電場選頻法測線布置與物探異常分布圖

圖2 選11 測線天然電場選頻法曲線圖

實際工程中,同一測量點,地層的電阻率不變,通過調(diào)整選頻儀檔位, 選擇不同頻率的方法來勘探不同深度的巖土層的地質(zhì)特征[1-5]。

測試采用的天然電場選頻儀為TX-2 型,6 個頻率檔位f0、f1、f2、f3、f4和f5工作頻率為15Hz～780Hz, 共布置了12 條天然電場選頻法測線(圖1、2), MN 電極距采用20m,測點間距2 米,在物探異常段加密。

3.2 高密度電阻率法

高密度電阻率法是基于巖土層的導(dǎo)電性差異, 通過人工向地下發(fā)送電流形成地下穩(wěn)定的電流場, 通過儀器自動控制轉(zhuǎn)換裝置對所布設(shè)剖面布置的多個電極進行自動觀測和記錄的一種物探方法[6]。高密度野外測試E60M 高密度電法儀,在選頻法異常強烈的地段布置測線2 條,采用恒壓供電,用溫納、偶極和斯倫貝格裝置,測量點距2m（圖3）。

圖3 高密度測線5 溫納裝置視電阻率反演成果圖

3.3 勘探結(jié)果

經(jīng)過野外地質(zhì)踏勘、天然電場選頻法、高密度電阻率法等方法的勘探,以及室內(nèi)資料綜合分析等,在場地及其附近共發(fā)現(xiàn)中部、西南二個物探異常帶,二個異常帶呈“Y”形展布(圖1)。

中部物探異常帶:分布于場地的中部,近南北向展布,物異常區(qū)東西向?qū)捈s20 米,南北向長45 米,并沿南北方向往外延伸,垂向上異常分布于地面以下0-150 米范圍內(nèi)。推測該物探異常區(qū)為斷層破碎帶,巖溶發(fā)育、地下水活動強烈。

西南物探異常帶:分布于場地的西南側(cè),西北向展布,物異常帶寬約8 米,長約55 米,呈線狀分布,沿場地北西方向往外延伸,垂向上異常分布于地面以下0-150 米范圍內(nèi)。

推測該物探異常帶為斷層破碎帶,向下延伸較深,斷層破碎帶及其兩側(cè)巖土層性質(zhì)差別較大。

物探異常帶經(jīng)鉆探驗證,異常強烈處都為斷層破碎帶,巖土層破碎,異常范圍和深度與物探結(jié)論基本一致,在樁基施工過程中, 由于管樁成樁過程中柴油錘錘擊振動導(dǎo)致地表土沿斷裂破碎帶或溶洞下陷,形成地面塌陷。

4 結(jié)論

某建筑場地在樁基施工過程中發(fā)生地面塌陷, 采用天然電場選頻法、高密度電阻率法和鉆探驗證調(diào)查研究塌陷的位置和成因,通過二種方法在城區(qū)的地面塌陷勘探中的對比研究,認為天然電場選頻法儀器輕便,勘探線布置靈活,勘探深度大,干擾因素較少,工作效率高;高密度電阻率法勘探成果直觀,但電極布置受地形、電纜、房屋等因素影響較大,勘探布極工作量大。