高密度電法在城市巖溶地區建設用地勘查中的應用

李 灝

福海街道市政建設工程事務中心 廣東 深圳 518000

前言

隨著城市發展水平的不斷提高，城市對發展空間的需求與土地稀缺的矛盾日益凸顯，可建設用地的價值日益提升。在對可建設用地的開發利用的過程中，不可避免會遇到復雜的地質環境，尤其要重視對建筑施工安全帶來威脅的不良體質體。對地質情況進行準確且高效地勘查，是可建設用地高效開發的關鍵。灰巖地區溶蝕現象較為普遍，不僅會導致基巖面起伏很大，還會有較多的溶蝕帶、溶洞、土洞等不良地質現象，會嚴重地影響到工程施工[1]。為保證建筑物的安全，適應城市環境，應選擇快捷經濟、無損的物探手段運用于城市環境的勘察[2]。利用高密度電法進行二維地電斷面測量，兼具剖面法與測深法的功能，有點距小、采樣密度高的特點，在敷設一次導線后可進行數千個記錄點的數據觀測，其信息量大、施工效率高[3]。

本次以深圳市東部某建設用地為例，利用高密度電法對建設用地的視電阻率進行采集，結合勘察資料進行分析，并通過鉆探驗證，查明研究區內基巖面的起伏形態及覆蓋層厚度，同時，對研究區內的巖溶地質災害發育情況進行了探查，圈出了溶、土洞異常的范圍，為建筑工程的安全施工提出指導建議。

1 研究區概況

1.1 地質地貌及地層巖性

研究區原始地貌單元為坡地及山前平原，局部為沖洪積階地，地形起伏。區內大部分場地已平整，平整后整體地勢依坡高，四周低，坡地地段植被發育。

研究區內分布的地層由淺至深為人工填土層、第四系全新統沖洪積層、第四系全新統坡洪積層、第四系上更新統沼澤相沉積層、第四系上更新統沖洪積層、第四系上更新統坡洪積層、第四系不明成因堆積層、第四系殘積層。場地下伏基巖為石炭系砂質板巖、炭質板巖及石灰巖炭質板巖。

1.2 水文及地質災害隱患

研究區內地下水根據其賦存介質和埋藏條件不同可分為四類：（1）人工填土層中存在上層滯水；（2）賦存于第四系全新統及上更新統沖洪積粉砂層中的孔隙潛水；（3）存在于基巖強風化～中風化帶中的裂隙承壓水；（4）賦存于微風化石灰巖中的巖溶裂隙（孔洞）水。地下水主要受大氣降水垂直補給及地下逕流的側向補給，整體方向沿山體向周邊排泄。測得穩定水位埋深0.10～23.00m，標高為48.41～74.68m，受豐水季節和枯水季節影響，穩定水位差異會較大。根據深圳地區經驗，地下水位年變幅在近山體位置2～4m，遠山體位置1～2m。

總體來說，研究區內微風化巖面以下巖溶裂隙、溶洞發育地段地下水極為豐富，地下水、可溶巖及可流動的通道為巖溶提供了良好的發育環境，容易發育成為溶、土洞，給建筑基礎的穩定與安全造成隱患，也給基礎施工來一定困難。

2 研究區物性特征

研究區內不同地層之間的電性差異明顯。根據高密度電法測線與勘察鉆孔比對結果，覆蓋層及人工填土的電阻率為10～60Ω·m；粉質粘土的電阻率為30～80Ω·m；砂質板巖電阻率為50～110Ω·m；灰巖電阻率大于100Ω·m。當地下巖溶、土洞發育時，巖溶、土洞發育位置的電阻率會與周圍巖層電阻率存在較大差異。被充填的巖溶、土洞表現為低電阻率特征，在電法勘探中表現為低阻異常，未充填的巖溶、土洞表現表現為高電阻率特征，在電法勘探中表現為高阻異常。由地質勘察結果可知場地內存在上述巖層，因此場地存在進行電阻率勘探的電性差異。

3 方法原理及異常特征

高密度電法是以探測地下目標體導電性差異為基礎的一種地球物理勘探方法。高密度電阻率法通過高密度主機連接電極轉換器來控制供電電極(一般用A、B表示)和測量電極(一般用M、N表示)的不同組合方式，以測量不同深度地下介質的視電阻率值。當供電電極AB向地下加載直流電流時，在地表利用測量電極MN測量剖面上特定位置的電壓和電流，通過對電壓和電流數據進行處理，可獲得高密度電法視電阻率斷面圖，由此劃分研究區內巖土介質的視電阻率值及不同視電阻率介質的分布變化形態，進而判識研究區內部是否存在斷層、巖溶及其它不良地質作用。當研究區內介質為均質、無斷層或其它不良地質作用時，視電阻率等值線一般呈有規律的均勻分布，近水平層狀；當研究區內存在上述隱患時，則視電阻率等值線將發生變化，表現為梯度變化大，出現高阻或低阻閉合圈等異常形態。

4 物探實施

4.1 工作布置

地質勘察資料顯示研究區內灰巖面從北西往南東向由淺變深。為更好地探明溶、土洞異常，沿北西-南東向布置高密度測線42條，測線長度144～324m，同時，為提高探測精度并克服橫向盲區，沿北東-南西方向布置高密度測線29條，測線長度88～704m，其中部分測線超過了儀器單次采集的最大476m（120道，4m電極距）的長度，這部分測線采用分段采集的方式，在測線前端與后端分別進行兩次數據采集，再將兩次采集的原始數據進行疊加后進行處理解釋。

高密度電法采用重慶奔騰數控技術研究所生產的WGMD-9超級高密度電法系統，主機型號WDA-1，配套WDZJ-120多路電極轉換器，最大道數120。電極極距4m，每條測線均采用溫納裝置（α）、偶極裝置（β）以及施倫貝謝爾裝置（α2）三種裝置進行數據采集，并對三種裝置所得異常綜合進行對比分析。

圖1 高密度電法測線布置圖

4.2 典型剖面特征分析

以15號測線為例對高密度電法異常進行分析解譯。該測線采用溫納裝置（α）排列，電極距4m，測線總長度456m。圖2為測線實測視電阻率等值線斷面圖，利用測繪數據進行了地形改正，縱坐標為高程，橫坐標為水平偏移距。圖中可以看出，視電阻率值由淺至深呈增加趨勢，結合勘察鉆孔資料，以視電阻率90Ω·m等值線附近作為推斷基巖面。覆蓋層厚度幾米至30m不等，視電阻率較低，在30～90Ω·m范圍，以下為基巖，視電阻率總體較高，在90～190Ω·m范圍。水平位置90～130m處出現電阻率梯度變化較大區域，推斷為溶洞，水平位置260～270m及350～370m位置也出現類似異常，推斷為溶洞，其余位置基巖相對完整。

圖2 測線15實測視電阻率等值線斷面圖

5 結語

（1）根據高密度電法成果，研究區內存在多處溶、土洞發育，在建筑施工時應進行地基處理，如鉆孔灌沙振動壓密充填、注漿處理等，對于采用樁基礎的建筑物，樁基礎持力層須選取完整基巖。

（2）對比高密度電法成果與鉆探資料可知，高密度電法可以較好地區分研究區內的覆蓋層與基巖，而鉆探所揭露的溶、土洞位置的異常，在高密度電法成果中也能有較好地體現。由于地下介質復雜多樣，而電法類物探方法所測得的電性剖面是地下介質電性的綜合反映，在解釋的過程中存在多解性，因此高密度電法在目標體具體深度的確定方面無法達到很高的精度，但已經可以大體了解探測區域的地下電性分布以及圈定異常位置。總體而言，高密度電法因其無損、輕便、高效的特點，成為一種在城市環境中進行大范圍勘查時值得選用的物探方法。