高密度电阻率法在探测岩石溶洞中应用

高密度电阻率法在探测岩石溶洞中的应用

【摘要】地下岩溶的发育影响着地面基础工程的安全使用，所以我们要查明岩溶地区的溶洞分布范围、具体位置和溶洞规模，以采取相应的措施保证该地区地面建筑的安全。本文在简述高密度电阻率法概要的基础上，通过列举相关地区的岩石溶洞物探勘查工程，阐明了该方法在探测溶洞中的良好效果。

【关键词】溶洞；工程物探；高密度电阻率法

1.引言

目前，随着我国建筑事业的蓬勃发展，建筑场地的不断扩充，在工程项目施工中遇到了很多工程地质方面的问题，如建筑场地局部地面塌陷，施工桩基础时，出现塌孔、漏浆、掉钻等现象，地上建筑物突然的混动或倾斜及不均匀沉降，而引起这些事故发生的隐患之一就是溶洞。所以查明岩溶地区的溶洞分布范围、具体位置和溶洞规模是十分重要的。

工程物探作为解决土木工程勘察中工程地质、水文地质问题的一种物理勘探方法，它是以研究地下不同地质体在物理性质上的差异，直接影响地下物理场的分布规律，通过观测、分析和研究这些物理场，并结合有关地质资料，判断与工程勘察有关的地质构造问题。其中，高密度电阻率法具有成本低、效率高、信息丰富、解释方便、受场地干扰小等优点，在调查岩溶发育地区溶洞的分布情况的勘查工程中更为有效和实用。

2.高密度电阻率法原理概述

高密度电阻率法是以岩、土导电性差异为基础，研究在人工施加稳定电流场的作用下地中传导电流分布规律的一种电探方法。它的理论基础与常规电阻率法相同，所不同的是方法技术。高密度电阻率法实际上是一种阵列勘探方法，野外测量时只需将全部电极（几十至上百根）置于观测剖面的各测点上，然后利用程控电极转换装置和计算机工程电测仪便可实现数据的快速和自动采集，当测量结果送入计算机后，还可对数据进行处理并给出关于地电断面分布的各种图示结果[1]。其工作流程图见图1。

3.工程实例

3.1 测区地质概况

测区拟建一栋28层高层住宅及多栋5层住宅。区域地质资料显示，该场地位于汤岗子断裂带东侧，二台子断裂带北侧，石灰岩岩溶发育区。本区第四系为粘土及粉质粘土，夹中粗砂层，基岩下古生界寒武系页岩、石灰岩，基岩埋深约50～60米，断裂构造及溶洞较为发育。

3.2 高密度电阻率法工作前提

地下土洞、岩石溶洞及断裂构造带由于充填物（主要为地下水）与周围介质相比，其电阻率要明显低于其它物质。根据地下一定深度范围内视电阻率纵横方向变化情况（低阻反应）可以判断地下土洞、岩石溶洞及构造破碎带分布的具体位置、范围及规模。综上所述，本测区具备高密度电阻率法工作的物理前提。但是，本次施工时间在冬季，且地处市区，电极接地条件和工业游散电流成为了影

响该方法的不利因素。

3.3 工作方法

本次工作采用高密度电阻率法，共布设东西向4条剖面和南北向9条剖面，工作装置采用温纳测深装置。数据采样点距为5米。隔离系数16，最大理论观测深度为80米，观测的物理参数有电位△u 及电流i，根据布设装置，利用公式ρs=k×△u/i，得到最终的视电阻率ρs。

本次勘查采用的是北京骄鹏工程技术有限公司生产的e60bn型高密度电法仪。为保证观测数据质量，还采取了以下措施：1）为克服市区地下工业游散电流干扰，采用短脉冲供电多次观测，供电脉冲时间为1秒，3次观测，观测值取其平均值；2）冬季电法施工地表冻土层是影响向地下供电的主要因素，为改善电极接地条件，采用深打电极，深度为0.5～0.6米，并向电极孔内注入盐水和硫酸铜混合物，盐水是溶解冻土作用，硫酸铜溶液起到离子扩散、连接导电通道的作用。经过一段时间渗透后，即可连接供电通道，从而解决冻土层对供电的影响。

3.4 数据处理及成果解释

高密度电阻率法的数据采集及视电阻率计算去全部由仪器自身完成，观测数据储存在仪器硬盘中。数据处理采用2dres软件，诸如数据格式转换、数据编辑、插值，干扰剔除、数据圆滑、二维反演等都由该软件完成。最终成果图件为高密度电阻率法彩色分级图。

从13条剖面的电阻率分布规律来看，近地表视电阻率变化比较大，反应了近地表分布的局部电性不均匀体较多，如路面、老楼基础及其他地质体等；10米以下视电阻率由上至下均匀逐渐增高，没有发现局部低阻体，可以排除第四系存在空洞的可能性；在50～55米左右，视电阻率变化梯度变大，为基岩电性反应，在该深度视电阻率分布规律均匀性较差，且存在多个低阻不均匀体，为基岩岩溶及构造充水所致。

3.5 异常的验证

为了验证此次勘察资料解释的可靠性，在物探解释为溶洞的地方布置了多个钻孔进行验证，其中以东西向2号线和南北向11号线相交处的zk2钻孔为例，位置见图2和图3。结果表明，zk2孔在0～2.8米为杂填土，2.8～40.2米为粉质粘土，40.2～42米为中砂，42～46.1米为砾砂，46.1～48.2米为粘土， 48.2～48.6为强风化页岩，48.6～49.4为中风化石灰岩，49.4～50.2为溶洞，全充填状态，充填物主要为粉质粘土和风化页岩碎块、碎屑。由此可见，高密度电阻率法所解释的异常与钻探结果基本上是吻合的。

在本次探测中解释的溶洞深度与钻探揭露深度还是有一定的差

异的，主要原因为：1）由于电法本身存在电场的体积效应，所以，如果旁侧存在电性不均匀体，将可能影响到附近位置的电性变化，另外，电性变化为一渐变过程，所以电性异常的变化范围要大于异常地质体的分布范围；2）仪器本身存在系统误差，处理软件也存在一定的拟合差。

4.结束语

通过本次探测表明高密度电阻率法用于探查灰岩地区的溶蚀裂隙和溶洞是可行的，虽然高密度电阻率法解释的溶洞深度与钻探揭露的深度有一定的差异，但是总体上的把握还是比较准确的。鉴于灰岩区内的基岩起伏较大，不良地质体较多，因此建议在灰岩地区的地质勘察中，优先采用高密度电阻率法并辅以其他物探方法进行普查，再做钻探工作，这样可以大大减少钻探的工作量，为建筑物的基础设计和施工提供重要的参考价值和指导意义[2]。

参考文献：

[1]刘国兴应用地球物理ⅱ——电法勘探原理与方法。吉林大学，2003.

[2]贾同福，尹志勇，杨洪志高密度电阻率法在岩溶探测中的应用东华理工大学学报vol.34 no.1：94-96.