物探高密度电法在场地稳定性方面的应用研究

196物探高密度电法在场地稳定性方面的应用研究
王开江1，高子涵1，周机灵1，孙举孔2，陈闽昆2
（１．云南省应急救灾保障中心，云南　昆明　６５００４１；２．云南省有色地质局地质地球物理化学勘查院，云南　昆明　６５０２１６）
摘 要：
高密度电法是一种常用的浅层地球物理勘察方法，具有效率高、成本低、解译方便、信息丰富等特点，近年来被广泛应用于地质、工程和环境勘察相关领域。

本文以某建筑场地为例，结合工区的工程地质条件，通过开展高密度电法勘察，基本划出了场地原沟壑分布、回填土填埋范围及地下软弱层分布情况，为场地的稳定性研究和下一步工程治理提供了地球物理依据。

关键词：
浅层地球物理勘察；高密度电法；场地稳定性；古河道探测中图分类号：Ｐ６３１．３ 文献标识码：Ａ 文章编号：
１００２－５０６５（２０２３）２２－０１９６－３Study on the application of High Density Resistivity Method in stability of the site
WANG Kai-jiang 1, GAO Zi-han 1, ZHOU Ji-ling 1, SUN Ju-kong 2, CHEN Min-kun 2
（１．　Ｅｍｅｒｇｅｎｃｙ　Ｒｅｌｉｅｆ　Ｓｕｐｐｏｒｔ　Ｃｅｎｔｅｒ　ｏｆ　Ｙｕｎｎａｎ　Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｋｕｎｍｉｎｇ　６５００４１，Ｃｈｉｎａ；
２．　Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｇｅｏｐｈｙｓｉｃａｌ　ａｎｄ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｙｕｎｎａｎ　Ｎｏｎｆｅｒｒｏｕｓ　Ｇｅｏｌｏｇｙ　Ｂｕｒｅａｕ，Ｋｕｎｍｉｎｇ　６５０２１６，Ｃｈｉｎａ）
Abstract:　Ｈｉｇｈ－ｄｅｎｓｉｔｙ　ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ　ｍｅｔｈｏｄ，　ａ　ｗｉｄｅｌｙ　ｐｏｐｕｌａｒ　ｎｅａｒ－ｓｕｒｆａｃｅ　ｇｅｏｐｈｙｓｉｃａｌ　ｓｕｒｖｅｙ　ｍｅｔｈｏｄ，　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｌｙ　
ａｐｐｌｉｅｄ　ｔｏ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ｓｕｒｖｅｙｓ　ｄｕｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｈｉｇｈ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，　ｌｏｗ　ｃｏｓｔ，　ａｂｕｎｄａｎｔ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｅａｓｙ　ｆｏｒ　ｉｎｔｅｒｐｒｅｔａｔｉｏｎ．　Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｓｔｕｄｙ，　ｗｅ　ｔａｋｅ　ａ　ｂｕｉｌｄｉｎｇ　ｓｉｔｅ　ａｓ　ａｎ　ｅｘａｍｐｌｅ　ａｎｄ　ｕｓｅ　ｔｈｅ　ｈｉｇｈ－ｄｅｎｓｉｔｙ　ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ　ｍｅｔｈｏｄ，　ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，　ａｎｄ　ｓｈｏｗ　ｉｔ　ｃｏｕｌｄ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ　ｉｄｅｎｔｉｆｙ　ｔｈｅ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｏｆ　ｏｒｉｇｉｎａｔｅ　ｒａｖｉｎｅｓ　ｂａｃｋｆｉｌｌ　ｓｏｉｌ　ａｎｄ　ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ　ｗｅａｋ　ｌａｙｅｒｓ，　ｗｈｉｃｈ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ｖｅｒｙ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｇｅｏｐｈｙｓｉｃａｌ　ｂａｓｉｓ　ｆｏｒ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｉｔｅ　ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｎｅｃｅｓｓａｒｙ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ．　
Keywords: ｎｅａｒ－ｓｕｒｆａｃｅ　ｇｅｏｐｈｙｓｉｃａｌ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ；　ｈｉｇｈ　ｄｅｎｓｉｔｙ　ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ　ｍｅｔｈｏｄ；　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｉｔｅ；　ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ａｎｃｉｅｎｔ　ｒｉｖｅｒ
收稿日期：
２０２３－０９作者简介：
王开江，男，生于１９９０年，汉族，云南玉溪人，本科，物化探工程师，研究方向：地球物理、地球化学和地质灾害防治。

场地地质结构及其稳定性评估在众多领域中都具有重要意义，特别是在基础设施建设、环境保护和自然灾害管理方面。

随着经济社会不断发展，城市化进程不断加速，在工程建设之前、建设过程中和建成后都对场地安全性评价提出了更高要求。

范晓军等[1]认为区域构造背景、新构造运动、地球物理场、地震活动、区域岩土体特征等都会影响区域稳定性和场地稳定性。

杨富莲等[2]根据现场勘察及试验综合分析，对移民安置场地的工程建设适宜性及场地稳定性作出研究和评价。

薄景山等[3]认为建筑工程的稳定性及安全性与场地密切相关，场地韧性评价是城市和建筑韧性评价的重要组成部分。

尚静[4]等采用综合物探方法开展浅层岩溶和软土带探测，划分出危险区、潜在危险区和相对稳定区，为城市地面塌陷等防灾减灾工作提供了依据。

汤博和马健等[5,6]对物探方法在查明地下古河道埋深、厚度和延伸范围等方面做了可行性研究，得知选用合适的物探方法在古河道探测方面切实可行。

本文研究的场地原始地形以缓坡—中坡为主，地势北部、东部高（山脊区），西部、南部低（低谷区），发育2条南北向树枝状冲沟，经场地平整分台成5个台阶，现状下场地地势北高南低。

场地填土来源主要为削坡（山脊区）和场地分台平整挖方，挖方产生的土方就地回填冲沟位置，场地地
基土在平面及垂向上呈现出不均匀性。

填土长期固结沉降引起路面和挡墙开裂、变形，在工程建设之前为做好场地稳定性评价相关工作，采取物探高密度电法测量查明场地原沟壑分布情况、回填土填埋范围和厚度，为下一步防护治理提供地球物理依据。

1 场地地质概况
1.1 地层及构造特征
根据区域地质资料和钻探勘察成果揭示，场地除表层为新近堆积的人工填土层（Q ml ）外，其下主要为第四系冲洪积（Q al+pl ）粉质粘土层。

结合土工试验和原位测试成果，按地层成因类型、岩（土）体结构类型、物理力学性质特征等可将场地勘探深度内的地基岩（土）层划分为3个主层。

分别为：①褐黄、褐红、褐灰色素填土，主要由可～硬塑状粉质粘土及砾石构成；②褐灰、兰灰色粉质粘土，含10%~15%砾石，石质成份以花岗岩、石英为主；③褐黄、灰黄色粉质粘土，含15%~20%砾石，石质成份以花岗岩、石英为主。

场地位于经向构造、“歹”字型构造、纬向构造三大体系复合部位，纵观全局，构造具有向南东和南西散开，向北西及北东收敛之特点。

纬向构造最早形成，其后是经向构造，或者二者同时于元古代末存在。

“歹”字型构造于晚古生代即有雏形存在，至中生代进一步加强，发育亦更加完善，至近期活动仍很强烈。

1.2 水文地质特征
场地区域上属澜沧江水系，施工期间正值旱季，由场地
内已施工结束的515个钻孔资料可知，勘察期间钻孔深度范围内未见地下水。

根据区域水文地质资料及场地地层岩性、地下水赋存形式及水力条件，可以将场地内地下水类型划分为孔隙性上层滞水和基岩裂隙水。

地下水主要赋存于下伏基岩中。

场地地下水主要靠大气降水、流经云县盆地西侧的南桥河及其支流西河的侧向补给，排泄方式以蒸发排泄为主。

结合现场调查可知，场地所属环境类别为Ⅱ类，周围没有化工厂，没有其他污染源，可以不考虑地下水对混凝土结构及钢筋混凝土结构中钢筋的腐蚀性。

综上所述，场地水文地质条件较为简单。

1.3 工程地质条件
经调查，可知勘察区周边无影响场地稳定性的崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷等不良地质现象和地质灾害分布。

勘探深度内，地基中未发现暗塘、暗滨、土洞、溶洞及其他不良地质现象，在现自然状态下属稳定场地，基本适宜建设。

2 高密度电法原理
高密度电法是一种结合电剖面与电测深的直流勘察方法，其原理与常规电阻率法相同，以岩土体电阻率差异为基础，研究在施加电场作用下地下半空间电流的分布规律，以此得知地下不同岩性视电阻率差异，推断出勘察深度范围内地质结构特征。

有着如下特点：①一次性完成电极布设，工作效率高，且能够减少电极布设过程中的人为干扰；②实现了自动化或半自动化数据采集，采集速度快，且避免了人为采集的操作失误；③能够进行多种类型的装置测量，获得较丰富的地电特征信息；④数据畸变点剔除、地形校正、数据平滑等预处理和反演、视电阻率等值线剖面图绘制等成果解译过程较为方便，通过颜色差异显示剖面视电阻率高低简明易懂。

总之，高密度电法兼具效率高、成本低、解译方便、信息丰富等特点，当前已在诸多领域勘察中发挥着重要作用[7-9]。

3 高密度电法应用
3.1 剖面布设
本次勘察完成高密度电法剖面测量12条，剖面编号计为200至211号，由南向北排布。

点距分别为5m、6m、7m，工作量共计8.408km。

剖面布设采用合众思壮GA10星站RTK进行测量放点，每个点位绑上红塑料条，每5和10号点位绑上红布条做标记，方便电极布设。

3.2 高密度电法测量
本次高密度电法勘察采用WDJD―3多功能数字直流电法仪进行测量，选用温纳α装置，极距分别为5m、6m、7m。

电极布设时采取适当挪位、填土及浇盐水等手段保证电极接地良好，使任意电极R地＜20K，检测工作完成后进
表1 高密度电法剖面异常描述及解释情况表剖面号异常描述及解释
200
1、在170m到220m范围有低阻区域200-1，推测为地表积水下渗引起的低阻异常；在260m到370m与480m到560m范围，有低阻区域200-2和200-3，延伸较大，推测为一低阻岩性层。

填土层下低阻区域，推测是沟壑底部沉积物堆积，为一软弱层。

在210m附近，推测存在地面积水下渗情况。

2、在620m附近，推测有一断裂F1。

3、在220m到350m，高程1100m到1145m区域，推测为回填土范围，最大厚度约45m；推测在265m处为沟壑Ⅰ，在330m处，推测为沟壑Ⅱ。

201
1、在230m到260m范围，有低阻区域201-1，推测为由地表高压线塔埋深引起的低阻异常。

320m到480m范围有低阻区域201-2，推测由回填土之下沟壑底部沉积物堆积的软弱层引起。

在400m附近，推测存在地面积水下渗情况。

2、在720m附近，推测有一断裂F1。

3、在310m到390m，高程1110m到1130m区域，400m到490m，高程1110m到1140m区域，推测为回填土范围，厚度约20m到30m。

在370m附近，推测为沟壑Ⅰ；在450m附近，推测为沟壑Ⅱ。

202
1、在280m到420m范围低阻区域202-1与在500m到560m范围低阻区域202-2，推测由回填土之下沟壑底部沉积物堆积的软弱层引起。

在280m和420m处，推测存在地面渗水情况。

2、在710m附近，推测有一断裂F1。

3、在280m到420m，高程1110m到1140m区域，450m到5200m，高程1120m到1150m区域，推测为回填土范围，厚度约20m到30m。

在370m附近，推测为沟壑Ⅰ；在480m附近，推测为沟壑Ⅱ，在340m附近，推测为沟壑Ⅲ，其中沟壑Ⅲ为沟壑Ⅰ的支流。

203
1、在240m到390m范围低阻区域203-1与在420m到500m范围低阻区域203-2，推测由回填土之下沟壑底部沉积物堆积的软弱层引起。

在240m、380m、500m和530m处，推测存在地面积水下渗情况。

2、在700m附近，推测有一断裂F1。

3、在240m到380m，高程1110m到1140m区域，420m到490m，高程1125m到1155m区域，推测为回填土范围，厚度约20m到30m。

在360m附近，推测为沟壑Ⅰ；在470m附近，推测为沟壑Ⅱ，在310m附近，推测为沟壑Ⅲ，其中沟壑Ⅲ为沟壑Ⅰ的支流。

204
1、在140m到400m范围，有低阻区域204-1和204-2，推测由回填土之下沟壑底部沉积物堆积的软弱层引起。

在300m到400m处底部有低阻区域204-3，向下延伸，推测为一低阻岩性层。

在200m、280m、310m和405m处，推测存在地面积水下渗情况。

2、在530m附近，推测有一断裂F1。

3、在200m到270m，高程1110m到1150m区域，310m到400m，高程1125m到1155m区域，推测为回填土范围，厚度约20m到30m。

在230m附近，推测为沟壑Ⅰ；在340m附近，推测为沟壑Ⅱ。

205
1、在140m到170m、260m到290m范围，有低阻区域205-1、205-2，推测由地表积水下渗引起，在310m到380m范围，有低阻区域205-3，推测由回填土之下沟壑底部沉积物堆积的软弱层引起。

在340m到420m范围，有低阻区域205-4，延伸较大，推测为一低阻岩性层。

在150m、270m、310m、380m和420m处，推测存在地面积水下渗情况。

2、在530m附近，推测有一断裂F1。

3、在210m到260m，高程1145m到1155m区域，320m到380m，高程1140m到1155m区域，推测为回填土范围，厚度约10m到15m。

在240m附近，推测为沟壑Ⅰ；在360m附近，推测为沟壑Ⅱ。

206
1、在100m到140m与240m到300m范围，有低阻区域206-1和206-2，推测由地表积水下渗引起，在310m到410m范围，有低阻区
域206-3，延伸较大，推测为一低阻岩性层。

在100m、240m、330m、410m处，推测存在地面积水下渗情况。

2、在510m附近，推测有一断裂F1。

197
行测量。

3.3 成果解译
获取野外观测数据后，室内使用瑞典RES2DINV二维高密度处理软件进行数据畸变点剔除、数据平滑等预处理，之后进行带地形反演，优选最佳反演结果数据绘制视电阻率拟断面图，结合场地地层岩性、地球物理特征及建筑分布等实际情况进行综合研究、解译推断。

本文选取其中7条剖面的解译结果作详细介绍，详见表1。

本文以202和203剖面为例重点讲述，研究其断面电性特征，划出回填土填埋范围，推断出原沟壑位置、沟壑底部低阻层范围和隐伏断层位置情况，详见图1。

结合12条剖面测量结果，研究其特征规律，推测得出场地原沟壑分布、回填土大致填埋范围和隐伏断层分布情况，详见图
2。

图2 工作布置与推测平面成果图
4 结论
通过本次高密度电法测量工作，得出场地原沟壑分布情[1] 范晓军,宋东升.大连开发区大小窑湾港址区域及场地稳定性研究[J].
防灾减灾学报,2010,26(01):12-18.
[2] 杨富莲,白彦波,罗选红.龙头石水电站库区干海子移民场地稳定性研
究[J].水土保持研究,2007,(02):124-126.
[3] 薄景山,张毅毅,薄涛等.场地韧性的概念及有关问题的讨论[J].世界
地震工程,2022,38(03):1-9.
[4] 尚静,尚耀军.综合地球物理方法在剑岭地区地面塌陷勘查中的应用
[J].工程地球物理学报,2008,(01):99-103.
[5] 汤博.综合物探在古河道探测中的应用[J].水科学与工程技术,2023, (04):75-77.
[6] 马健,吴振,潘广山等.地球物理方法在古河道探测中的应用综述[J].
矿产勘查,2023,14(02):266-273.
[7] 严加永,孟贵祥,吕庆田等.高密度电法的进展与展望[J].物探与化
探,2012,36(04):576-584.
[8] 王升,韩世礼,彭莎莎等.高密度电法在探测澧县艳州船闸工程场地隐
伏断裂中的应用[J].南华大学学报(自然科学版),2022,36(01):39-44.
[9] 张先林,许强,彭大雷,等.高密度电法在黑方台地下水探测中的应用
[J].地球物理学进展,2017,32(4):1862-1867.
[10] 云南省有色地质局地质地球物理化学勘查院.云县美丽乡村—慧谷阳光
新家园物探勘察报告[R].2019.
[11] .西南有色大理地基基础工程公司.云县美丽乡村—慧谷阳光新家园
（二期）项目岩土工程详细勘察报告[R].2019.
况，主要有沟壑Ⅰ与沟壑Ⅱ两条（沟壑Ⅲ为沟壑Ⅰ支流），其中沟壑Ⅰ大体沿南北向呈“Y”字形展布，沟壑Ⅱ大体沿南北向呈“1”字形展布，北为上游，南为下游。

划出回填土大致填埋范围及深度，且在回填土下延区域有一低阻层，推测为原沟壑底部破碎和沉积物堆积的软弱层。

得知场地存在多个渗漏点，多位于路面积水处和场地中央人工河旁侧，由积水下渗形成，在现场部分区域可见积水下渗凹陷痕迹。

在场地东北方向，推测存在一条隐伏断层F1，呈北西-南东走向分布。

以上成果，说明采用合适的地球物理方法，在场地稳定性研究、古河道探测、地质灾害防治方面有着积极作用。

根据本次高密度电法测量成果，建议结合已有钻探资料对推测的原沟壑分布区域（回填区域）进一步进行工程查证，查明填土长期固结沉降引起路面和挡墙开裂、变形原因，做好边坡及地面沉降的动态位移监测和工程防护治理等工作。

图1 202号和203号剖面视电阻率反演图
198。