高密度電法在城市巖溶地區(qū)建設(shè)用地勘查中的應(yīng)用

李 灝

福海街道市政建設(shè)工程事務(wù)中心 廣東 深圳 518000

前言

隨著城市發(fā)展水平的不斷提高，城市對發(fā)展空間的需求與土地稀缺的矛盾日益凸顯，可建設(shè)用地的價值日益提升。在對可建設(shè)用地的開發(fā)利用的過程中，不可避免會遇到復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境，尤其要重視對建筑施工安全帶來威脅的不良體質(zhì)體。對地質(zhì)情況進行準(zhǔn)確且高效地勘查，是可建設(shè)用地高效開發(fā)的關(guān)鍵。灰?guī)r地區(qū)溶蝕現(xiàn)象較為普遍，不僅會導(dǎo)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(zhì)現(xiàn)象，會嚴(yán)重地影響到工程施工[1]。為保證建筑物的安全，適應(yīng)城市環(huán)境，應(yīng)選擇快捷經(jīng)濟、無損的物探手段運用于城市環(huán)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(shè)一次導(dǎo)線后可進行數(shù)千個記錄點的數(shù)據(jù)觀測，其信息量大、施工效率高[3]。

本次以深圳市東部某建設(shè)用地為例，利用高密度電法對建設(shè)用地的視電阻率進行采集，結(jié)合勘察資料進行分析，并通過鉆探驗證，查明研究區(qū)內(nèi)基巖面的起伏形態(tài)及覆蓋層厚度，同時，對研究區(qū)內(nèi)的巖溶地質(zhì)災(zāi)害發(fā)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(dǎo)建議。

1 研究區(qū)概況

1.1 地質(zhì)地貌及地層巖性

研究區(qū)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(qū)內(nèi)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(fā)育。

研究區(qū)內(nèi)分布的地層由淺至深為人工填土層、第四系全新統(tǒng)沖洪積層、第四系全新統(tǒng)坡洪積層、第四系上更新統(tǒng)沼澤相沉積層、第四系上更新統(tǒng)沖洪積層、第四系上更新統(tǒng)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(zhì)板巖、炭質(zhì)板巖及石灰?guī)r炭質(zhì)板巖。

1.2 水文及地質(zhì)災(zāi)害隱患

研究區(qū)內(nèi)地下水根據(jù)其賦存介質(zhì)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(tǒng)及上更新統(tǒng)沖洪積粉砂層中的孔隙潛水；（3）存在于基巖強風(fēng)化～中風(fēng)化帶中的裂隙承壓水；（4）賦存于微風(fēng)化石灰?guī)r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(cè)向補給，整體方向沿山體向周邊排泄。測得穩(wěn)定水位埋深0.10～23.00m，標(biāo)高為48.41～74.68m，受豐水季節(jié)和枯水季節(jié)影響，穩(wěn)定水位差異會較大。根據(jù)深圳地區(qū)經(jīng)驗，地下水位年變幅在近山體位置2～4m，遠(yuǎn)山體位置1～2m。

總體來說，研究區(qū)內(nèi)微風(fēng)化巖面以下巖溶裂隙、溶洞發(fā)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(fā)育環(huán)境，容易發(fā)育成為溶、土洞，給建筑基礎(chǔ)的穩(wěn)定與安全造成隱患，也給基礎(chǔ)施工來一定困難。

2 研究區(qū)物性特征

研究區(qū)內(nèi)不同地層之間的電性差異明顯。根據(jù)高密度電法測線與勘察鉆孔比對結(jié)果，覆蓋層及人工填土的電阻率為10～60Ω·m；粉質(zhì)粘土的電阻率為30～80Ω·m；砂質(zhì)板巖電阻率為50～110Ω·m；灰?guī)r電阻率大于100Ω·m。當(dāng)?shù)叵聨r溶、土洞發(fā)育時，巖溶、土洞發(fā)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(xiàn)為低電阻率特征，在電法勘探中表現(xiàn)為低阻異常，未充填的巖溶、土洞表現(xiàn)表現(xiàn)為高電阻率特征，在電法勘探中表現(xiàn)為高阻異常。由地質(zhì)勘察結(jié)果可知場地內(nèi)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(biāo)體導(dǎo)電性差異為基礎(chǔ)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(zhuǎn)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(zhì)的視電阻率值。當(dāng)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(shù)據(jù)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(qū)內(nèi)巖土介質(zhì)的視電阻率值及不同視電阻率介質(zhì)的分布變化形態(tài)，進而判識研究區(qū)內(nèi)部是否存在斷層、巖溶及其它不良地質(zhì)作用。當(dāng)研究區(qū)內(nèi)介質(zhì)為均質(zhì)、無斷層或其它不良地質(zhì)作用時，視電阻率等值線一般呈有規(guī)律的均勻分布，近水平層狀；當(dāng)研究區(qū)內(nèi)存在上述隱患時，則視電阻率等值線將發(fā)生變化，表現(xiàn)為梯度變化大，出現(xiàn)高阻或低阻閉合圈等異常形態(tài)。

4 物探實施

4.1 工作布置

地質(zhì)勘察資料顯示研究區(qū)內(nèi)灰?guī)r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(qū)，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(shù)據(jù)采集，再將兩次采集的原始數(shù)據(jù)進行疊加后進行處理解釋。

高密度電法采用重慶奔騰數(shù)控技術(shù)研究所生產(chǎn)的WGMD-9超級高密度電法系統(tǒng)，主機型號WDA-1，配套WDZJ-120多路電極轉(zhuǎn)換器，最大道數(shù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)進行了地形改正，縱坐標(biāo)為高程，橫坐標(biāo)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(jié)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(xiàn)電阻率梯度變化較大區(qū)域，推斷為溶洞，水平位置260～270m及350～370m位置也出現(xiàn)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(jié)語

（1）根據(jù)高密度電法成果，研究區(qū)內(nèi)存在多處溶、土洞發(fā)育，在建筑施工時應(yīng)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(chǔ)的建筑物，樁基礎(chǔ)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(qū)分研究區(qū)內(nèi)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(xiàn)。由于地下介質(zhì)復(fù)雜多樣，而電法類物探方法所測得的電性剖面是地下介質(zhì)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(biāo)體具體深度的確定方面無法達到很高的精度，但已經(jīng)可以大體了解探測區(qū)域的地下電性分布以及圈定異常位置?？傮w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(huán)境中進行大范圍勘查時值得選用的物探方法。