物探方法在住房用地地下巖溶勘查中的應用

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，在相關房屋建設用地區(qū)域開展地球物理勘查工作，大致查明測區(qū)范圍內地下巖溶的分布范圍及危害，為災害預防和治理提供科學依據。

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.

關鍵詞：物探方法；巖溶塌陷；應用

Key words： geophysical method；karst collapse；application

中圖分類號：TU195 文獻標識碼：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度，往往會對工程建設領域產生諸多不利影響甚至引起重大災害，比如水利工程潰壩、宅基地塌陷、地下工程突水等。而引發(fā)這些災害的因素大多埋藏地下，地表很難發(fā)現，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，為工程的開工建設提供有效的參考依據。

應用于巖溶、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，可結合不同的工區(qū)地質特征及目的任務選擇相應的物探方法。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域的應用效果。

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，主要體現在：①若溶洞為空洞，則由于其導電性差，綜合電性特征表現為高阻圈閉異常特征；②若溶洞填充了粘土、地下水等，則由于其導電性好，綜合電性特征表現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，使其兩側的電性差異明顯，表現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)域的電阻率參數特征，可為探明測區(qū)地下巖溶的分布特征提供切實有效的幫助。

2 物探測試方法

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

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算阻抗電阻率ρs；觀測電場相位Ep和磁場Hp，用以計算阻抗相位？準；用阻抗電阻率和阻抗相位聯合反演計算電阻率參數，最后利用反演的電阻率進行地質推斷解釋。頻率范圍是10000Hz～1Hz，探測深度一般在2000m之內。本次探測儀器采用的是美國著名的Geometrics公司和EMI公司聯合研制EH4大地電磁測深儀，裝置的布設如圖1所示。

2.2 高密度電法

采用重慶地質儀器廠研制的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)律進行找礦和解決地質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，控制同一條多芯電纜上布置連結的多個電極，使其自動組成多個垂向測深點或多個不同探測深度的探測剖面，根據控制系統中選擇的探測裝置類型，對電極進行相應的排列組合，按照測深點位置的排列順序或探測剖面的深度順序，逐點或逐層探測。

高密度電法具有以下特點：①電極布設一次完成，實現野外數據采集自動化，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、電極間距、測點位置、接地電阻不變，可進行多種電極排列方式的掃描測量。③具有較高的測量密度，所獲得的數據包含豐富的地質信息，利用專業(yè)軟件可進行數據處理。

3 應用實例

3.1 EH4在貴陽市某汽車項目建設用地地下巖溶勘查中的應用

3.1.1 工區(qū)概況

工區(qū)位于貴陽市烏當區(qū)金華鎮(zhèn)。區(qū)內出露地層主要為二疊系上統龍?zhí)督M（P3l）、長興組+大隆組（P3c+d）及三疊系下統大冶組（T1d）和第四系；區(qū)內構造較為復雜，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，對項目建設用地影響較大；根據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，對項目建設用地有一定的影響；根據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巖溶勘查中的應用

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)內出露地層主要為寒武系上統毛田組（∈3m），巖性為淺灰色中至厚層狀細晶灰?guī)r、白云質灰?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；下伏基巖產狀較陡，節(jié)理、裂隙較發(fā)育，地質構造屬中等復雜類型。

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，對項目建設用地有較大的影響。上述異常均位于灰?guī)r地層中。根據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，根據物探成果劃分了巖溶發(fā)育區(qū)，指導下一步的工作部署。

4 結論

通過上述分析與探討，表明物探方法在工程建設領域對查明地下巖溶發(fā)育特征具有很好的指導意義：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；局部圈閉的電阻率等值線低阻異常與巖溶填充異常對應；節(jié)理裂隙異常特征則表現為橫向電阻率明顯的不連續(xù)性。因此結合地質資料進行物探測試工作，可為工區(qū)的鉆孔工程驗證部署提供有效的參考依據。

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