高密度电法评价岩溶地下水分布

2011-12-08邵长庆王生俊

城市地质 2011年2期

邵长庆,王生俊

(1.石家庄经济学院,石家庄 050036;2.北京勘察技术工程有限公司)

地面塌陷是地表岩、土体在自然或人为因素作用下向下陷落,并在地面形成塌陷坑(洞)的一种动力地质现象,包括了岩溶塌陷和非岩溶塌陷.在岩溶塌陷中土层塌陷发育数量多,分布广,是上覆第四系土层在地下水(气)作用下,发生破坏并向下伏岩溶管道系统运动的结果.在第四系上部土层为粘性土时,由于具有较好的顶板形成条件,往往先形成土洞,土层塌陷就是土洞进一步发展的结果[1].

高密度电阻率法是以岩土体的电性差异为基础的一种电法勘探,由于第四系各土层存在电性差异,利用此方法可以第四系土层部分岩性、结构特征、厚度分布以及埋深范围,对于研究第四系土层中土洞的分布和隐患地带具有重要的意义[2].

1 地质环境背景和工程概况

唐山市地处燕山台褶带与华北平原的过渡地带,地层有蓟县系,青白口系,寒武系,奥陶系,石炭系,二叠系和第四系.北部山区地层主要为太古宇、元古宇地层,地区内褶皱构造发育,主要有开平向斜、卑子院背斜,断层大致沿陡河分布,斜穿市区,并均为活动断层.

唐山地区地下水主要存在着第四系孔隙水和基岩岩溶裂隙水两大含水系统,第四系孔隙水属潜水承压水,水位埋深15～30m,含水厚度20～30m,岩性以中砂、细砂为主、基岩岩溶裂隙水包括寒武系灰岩岩溶水和蓟县系白云岩岩溶水,二者水利关系密切[3].

试验靶区近似长方形,东西长1100m,南北长900m,面积近1km2.东南侧是山地,岩石出露,其余是平原,第四纪覆盖,覆盖层厚度为几米到十几米.区域内奥陶系灰岩埋深在80m,岩溶较为发育,区内曾发生过大的塌陷,存在塌陷地质灾害隐患.

2 工作方法及工程布置

地质结构体存在电性差异,表现为各种地质体的电阻率值的大小是高密度电阻率法勘查的物理基础.高密度测量的仪器很多,本次采用的是美国AGI公司生产的8通道SuperSting R8 IP 8 channel Memory Earth Resistivity and IP Meter.其仪器的主要优点是灵敏度高,自动化程度高,施工方便,比常规仪器测量的数据量大和效率高.

本次采用高密度电法的偶极-偶极装置,测线布置沿试验靶区内道路,其中东西向测线11条,南北向测线6条,具体布置如图1.由于高密度电阻率法的勘探深度与测线的长度相关,实际布置的物探测线对要求探测的区域相应外延,以保证探测区域内的有效勘探深度,测线电极距布置间距5m.测线测量使用高精度GPS(MobileMapperTM)定位.

图1 测线平面布置图

3 物探剖面和数据解释

在试验靶区选择6#、7#线勘查测线,根据其高密度电法勘查在工作区的电阻率反演剖面(图2)结合电阻率等值分布剖面图,可见靶区内土层界限清晰,电阻率从地面起呈现低阻-高阻-低阻-高阻-低阻的趋势,且土层向西北倾斜.根据电阻率值的变化可分为:第一层为粉土层,主要受地表水的影响呈现相对低阻,且变化不均匀;第二层为砂土层,电阻率显示为相对高阻;第三层为粉质粘土层,表现为相对低阻,是隔水层;第四层为砂土层,受地下水位线下降影响表现为高阻;第五层卵石层,由于位于水位线以下而呈现低阻;以下为基岩分布.

图2 6#、7#测线反演剖面图

4 视电阻率平面形态分析

试验靶区内的水位线是48m,基岩埋深是80m±.将各条测线不同深度的电阻率值绘制成平面等值线图,分别取80m、88m、96m深平面电阻率等值线图(如图3、图4、图5),可见低阻带在视深度为80m、88m、96m,变化规律是整体由西向东运移,推断地下水也是由西向东运移;在这3个深度范围内,低阻明显随着深度加深,低阻带向西偏移;推断整体上地下水由西向东、按照浅到深的形式流动.

根据高密度电阻率勘查资料和平面电阻率等值线图,推断试验靶区东侧的水泥厂抽水形成的地下水通道,深部通道明显.由地下水动态与均衡[4]可知,水泥厂的大量用水,使地下水量发生变化,破坏了地下水的均衡,导致试验靶区内在一定的时间内,地下水量的补给量小于消耗量,地下水在一定时间内处于负均衡状态,最终导致水位线的下降[4-5].

水泥厂的长期大量抽水形成了以抽水井为对称轴的下降漏斗[6],地下水的不断流动加剧了地下水对下伏碳酸盐岩的溶蚀作用,从而形成岩溶空洞.岩溶空洞的形成为上覆第四系松散砂的流动和储存提供了通道和场所,进而形成了上覆第四系土洞[3],存在地面塌陷的隐患.