高密度电阻率法在溶岩塌陷区探测中应用研究

刘振雄

摘要：对溶岩发育地区的地面塌陷区域，进行了高密度电阻率法探测应用研究。介绍了高密度电阻率法的工作原理，数据处理及异常解释推断，取得了良好应用效果，进一步说明高密度电阻率在工程地质中的高效经济实用性优点。

Abstract： The application of high-density resistivity method is studied in the ground collapse area of lava-producing areas. The working principle， data processing and abnormal interpretation of high-density resistivity method are introduced， and good application results are obtained， which further demonstrates the high-efficiency and economical advantages of high-density resistivity in engineering geology.

关键词：高密度电法;溶岩;异常

Key words： high-density resistivity method;lava;abnormal

中图分类号：P631.3+22                                   文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）09-0162-03

0  引言

目前工程地质勘察中，溶岩发育地区问题越来越来多，溶岩不仅会导致基岩面起伏很大，而且产生很多溶侵蚀带，溶洞，土洞等不利地质现象，对基础建设结构安全存在的隐患越来越大，近些年来，由岩溶发育引起的地面塌陷，基础工程建筑物不均匀沉降等地质灾害愈发增多，直接威胁着人们的生命和财产安全，因此，对溶岩发育地区进行科学的探测，查明地下基岩起伏，溶蚀带和溶洞等不良地质，为工程设计和施工提供有价值的科学依据。

1  高密度电阻率法基本原理

高密度电法的物理前提是地下介质间的导电性差异。和常规电阻率法一样，它通过供电电极向地下供电流I，然后再测得测量电极间电位差ΔV，从而求得该测量点的视电阻率值ρs=KΔV/I。若排列电极的电极距不变，而记录点位置移动时，即为电剖面法，测地电横向变化;若排列电极的电极距变化，而记录点位置不变时，即为电测深法，测地电垂向变化;高密度电法是电剖面法与电测深法两种技术结合并同时进行，一次完成二维视电阻率剖面，供地质解释使用。

2  测区地质概况

案例1：测区内出露地层主要有石炭系上统黄龙组、船山组和第四系全新统冲积层。①石炭系上统黄龙组（C2h2）：位于塌陷区西南方400m处，厚层状白云岩夹白云灰岩，局部具大理岩化及矽卡岩化。地层总体走向北西，倾向北东，倾角5°。②石炭系上统船山组（C2c）：隐伏于塌陷区下部，浅灰色厚层状细（微）晶灰岩、白云质灰岩通达，交通较为便利。该区以往局部发生过两次塌陷坑事故，深度约1m。根据区域地质资料可知，該区下部为石炭系船山组灰岩，岩溶较发育，表层松散层较薄，易形成岩溶塌陷地质灾害、砾状灰岩。地层总体走向北东，倾向北北西，倾角10°。③第四系全新统冲积层（Q4al）：由亚粘土、亚砂土和砂砾石层组成，主要沿东侧溪流分布。厚度不详。塌陷位于弋阳县曹溪镇东港村西港村小组南侧，有乡村公路。

案例2：根据已知地质资料场地及周边一定区域上部主要为第四系全新统桂洲组，岩性为淤泥、粉砂、黏土、细砂、中砂等。经钻探揭露，下伏基岩有第三系粉砂岩、砾岩和石炭系泥岩、灰岩。局部分布有第四系残积土，为砾岩、粉砂岩风化而成。

断裂构造;场地及周边一定区域内无断裂构造，外围的断裂构造均为非活动性断裂构造，对场地的稳定性没有影响。本场地未发现断裂构造形迹，场地是稳定的。

岩土层的划分：

根据本次钻探揭露的情况，勘察场地地基土主要由人工填土（Qml）、第四系冲洪积层（Qal+pl）、残积层（Qel）、第三系粉砂岩（E）及石炭系（C1）灰岩组成。

3  工作技术方法

在野外进行工作时，高密度电法采用温纳排列装置，为获得更多的信息及足够的探测深度，电极距采用5m进行观测，电极数最大可120个，单条测线最长度600m。实际观测时，电极钉均用泥土封孔，浇灌盐水，保证了电极接触良好性。每个排列的观测始末均对仪器和多路转换器的电源电压测量，对于仪器电源电压低于规定时，及时更换了电池。对观测中出现误差较大的点，均在现场查明原因并进行了及时处理。工作中，对高密度电缆线定期检查其完好程度，对不符合规范要求的电线，在现场查明了原因，采取了措施，及时进行了处理。

温纳装置（WN）的电极排列规律是：A，M，N，B（其中A，B是供电电极，M，N是测量电极），AM=MN=NB为一个电极间距，随着间隔系数n由n（MIN）逐渐增大到n（MAX），四个电极之间的间距也均匀拉开。该装置适用于固定断面扫描测量，其特点是测量断面为倒梯形，电极排列如图2。

4  资料数据处理

野外采集数据处理经过高密度软件RES2DINVE反演、并运用SURFER软件配合，绘制出各剖面视电阻率等值线图，通过反演后的视电阻率剖面结合工区地质资料进行解释分析。

5  异常解释推断

案例1，高密度电法剖面分布在西岗村塌陷区附近2km以内。区内第四系为亚粘土、亚砂土和砂砾石层组成，根据地层含水情况差异，视电阻率约在100～500Ω·m。基岩为石炭系上统船山组灰岩视电阻率大于600Ω·m。

1线如图3位于村前，34到42号电极穿过塌陷区，41、42号电极位于塌陷坑TXK4边缘。地表电阻率不均匀，在-30m深处有电阻率分层为基岩界面，Ⅰ号异常位于塌陷区下方呈球状宽30m、高30m，底部位于-40m深处，推测为岩溶发育 ;Ⅱ号异常位于30号电极处呈球状，宽20m、高10m距Ⅰ号异常约40m推测为岩溶发育;推测F断层穿过Ⅱ号异常。该处易形成岩溶发育。

2线如图4起点位于村西南面，穿过村庄至村北面小溪。剖面整体界面清晰，1到30号电极位置覆盖层厚度不大约10m左右，在31到36号电极处Ⅲ号异常呈半球形，距36号点距50m左右有岩溶发育，推测该处为岩溶发育。

案例2，庆维龙仓储地块工程地位于肇庆高新区，根据区域地质图及附近工程地资料，其上部土层以冲积黏性土、砂土、砾石为主，局部有软土分布，土质松软;基底为土石炭系砂岩、灰岩、页岩。场区无大断裂通过。场区主要重点和难点为软土、岩溶。

根据区域地质图及附近工程地资料，其上部土层以冲积黏性土、砂土、砾石为主，局部有软土分布，土质松软;基底为土石炭系砂岩、灰岩、页岩。场区无大断裂通过。场区主要重点和难点为软土、岩溶。区内含水填土，冲积淤积层，风化层电阻率20～100Ω·m。基岩电阻率300～1000欧Ω·m。

L4线如图5电阻率背景值72～300Ω·m，位于测线电极35～38号电极，深度-25～-39.4m处呈现出低电阻率，电阻率值18.3～34Ω·m，异常呈扁长椭圆形状宽15m、高14m，封闭式异常。结合剖面地质资料推测可能形成岩溶发育。

L5线如图6电阻率背景值70～325Ω·m，位于测线37～39号电极深度-28～-38.4m呈现出低电阻率封闭式异常，电阻率值21～32Ω·m，异常呈椭圆形状长15m、高10m，底部位于-39.4m异常半未封闭。结合剖面地质资料推测可能形成岩溶发育。

L9线如图7电阻率背景值70～325Ω·m，位于测线32～35电极号，深度-34～-39.4m呈現出低电阻率，电阻率值21～32Ω·m，异常呈椭圆形状长15m、高5m，底部位于-39.4m异常未封闭。结合剖面地质资料推测可能形成岩溶发育。

6  结论

高密度电阻率法作为一种快速有效的工程物探方法在各种工程勘察中已多次应用。通过本次探测，可以得出以下结论：

①本次高密度电法测量基本查明岩溶发育分布及隐伏基岩界面情况。在区内推测断层一条、圈定六个岩溶发育。

②高密度电阻率法能够较准确的查明岩溶发育的位置、埋深等参数，与钻探配合使用，可以大大减少钻探工作量，为建筑物的基础设计和施工提供重要参考价值和指导意义。

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