摘 要：在工程基礎(chǔ)地質(zhì)勘察中，位于巖溶區(qū)的深層巖基工程地質(zhì)勘探問題尤為復(fù)雜。利用高密度電法勘探技術(shù)可以查明巖溶和斷裂等構(gòu)造的分布位置，再結(jié)合常規(guī)的鉆探方法，對深層巖體進(jìn)行正確的工程地質(zhì)評價。文章簡述了高密度電法勘探技術(shù)的基本原理，并以一個工程為實例，從實踐中說明高密度電法勘探技術(shù)在巖溶洞穴、地質(zhì)災(zāi)害等探測領(lǐng)域具有較好的探測效果。

關(guān)鍵詞：高密度電法；關(guān)鍵技術(shù)；巖溶發(fā)育；應(yīng)用實例

引言

隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展，工程建設(shè)作為關(guān)系民生的重要項目受到社會各界的密切關(guān)注。巖溶和斷層都是工程建設(shè)中基礎(chǔ)處理的重要地質(zhì)問題。因此，對此類地質(zhì)問題的勘探成了勘察中的重點和難點。由于巖溶發(fā)育的隨機性和隱蔽性，常規(guī)的勘察方法往往很難迅速的查明地質(zhì)情況。在這類地質(zhì)條件中的工程項目中，地質(zhì)勘探手段多采用高密度電法。高密度電阻率法利用巖溶與所處巖體在電性上存在的差別，快速的探測出區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)特征、巖體結(jié)構(gòu)、巖溶分布等地質(zhì)構(gòu)造，再經(jīng)過鉆探等常規(guī)的勘探方法進(jìn)一步驗證，對工程地質(zhì)勘察結(jié)果作到既準(zhǔn)確又經(jīng)濟(jì)。近年來，高密度電法勘探儀不斷更新發(fā)展，這類技術(shù)的運用與發(fā)展，使電法勘探的智能化程度大大邁進(jìn)了一步。

1 電阻率法的工作原理

1.1 電阻率法的工作原理

電阻率法是利用巖土體導(dǎo)電性差異為基礎(chǔ)的電探方法，利用對電場分布的特點和空間差異變化的研究，制作出剖面圖，查明地下地質(zhì)構(gòu)造和尋找地下非均勻電體的地球物理勘探方法。高密度電阻率法實際上是一種陣列勘探方法。野外操作中將全部電極（幾十至上百根）置于測點上，然后利用程控電極轉(zhuǎn)換開關(guān)和微機工程電測儀互相配合工作，將電極數(shù)據(jù)送入微機后，進(jìn)一步對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，最終給出關(guān)于地電斷面分布的各種物理解釋。在數(shù)據(jù)采集過程中結(jié)合電阻率曲線和電阻率深觀測系統(tǒng)，大量的數(shù)據(jù)收集對觀測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，在電異質(zhì)體的檢測取得了良好的地質(zhì)效果。

1.2 巖溶發(fā)育的地質(zhì)特征與地球物理特征

巖溶發(fā)育多是在碳酸鹽巖類地區(qū)，常見的有灰?guī)r、白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r等，上覆蓋第四系地層巖性為黃粘土和紅粘土，也有基巖直接裸露地表的。巖溶的發(fā)育與當(dāng)?shù)氐牡貙幼兓?、地質(zhì)構(gòu)造有著密切的聯(lián)系，受地質(zhì)構(gòu)造影響，地下水活動比較頻繁的斷層帶區(qū)域，巖溶發(fā)育強烈，分布較為密集。

眾所周知，在巖溶區(qū)巖性為灰?guī)r、白云巖的，電阻率較高，介于2000～8000Ω·m之間，最高可達(dá)20000Ω·m。由于地質(zhì)結(jié)構(gòu)的不同，巖石節(jié)理裂隙發(fā)育程度和巖溶發(fā)育的增強，裂隙與溶洞內(nèi)填充物含量增加，電阻率急劇下降。電阻率法就是利用這種差異測出巖溶的發(fā)育及分布情況。近年來，國內(nèi)外對高密度電法勘探技術(shù)的研究，該方法的分辨率得到有效提高，可探測埋深與直徑之比大于10：1的地下洞穴，在大型溶洞與礦山坑道等方面取得了很好的效果。無充填的溶洞，一般認(rèn)為其電阻率要高于基巖電阻率，但勘測經(jīng)驗中，往往由于巖溶洞壁上存在較厚的鈣層及鐘乳石等低阻物質(zhì)，大多數(shù)空洞為低阻反應(yīng)，除非是大型或特大型溶洞。

2 工程應(yīng)用

文章選擇在柳州地區(qū)某小型水庫壩址區(qū)高密度電法勘察的應(yīng)用實例，對高密度電法在巖溶勘探中的應(yīng)中進(jìn)行較祥細(xì)的說明，物探高密度電法勘探測試為該項目的關(guān)鍵勘探技術(shù)起著重要的作用。

2.1 工程概況及地質(zhì)情況

柳州市柳城縣西北一帶地形地質(zhì)條件復(fù)雜，巖溶發(fā)育，且水庫在進(jìn)行前期地質(zhì)勘探時已在部分鉆孔中發(fā)現(xiàn)了溶洞，大壩滲漏情況較為嚴(yán)重。為了查明壩區(qū)地質(zhì)狀況（包括：覆蓋層厚度、基巖風(fēng)化程度分層、構(gòu)造破碎、巖溶發(fā)育程度等），特在壩址軸線利用高密度電阻率探測方法并配合工程地質(zhì)勘察進(jìn)行詳勘。工程區(qū)上層為紅粘土夾碎石，下部基巖為灰?guī)r及泥質(zhì)灰?guī)r，具有開展高密度電法勘探的地球物理條件。

2.2 資料成果解釋

本次勘探根據(jù)工程區(qū)地形地貌條件，在大壩壩頂中部布置物探剖面一條，總長180m，測探點120個。本次高密度電法勘探采用WGMD-4設(shè)備，應(yīng)用施倫貝謝爾裝置進(jìn)行斷面掃描測量。根據(jù)場地情況和前期資料，選擇在斷面內(nèi)采用銅電極60根，點距3.0m，探測剖面總設(shè)置18層。該方法為固定斷面掃描測量，電極排列為倒梯形，對實測數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，提出壞點及畸變點，運用配套專業(yè)軟件進(jìn)行計算后繪制電阻率等值斷面圖。數(shù)據(jù)處理及繪圖應(yīng)用的是Suffer7.0及CAD軟件，最終電阻率等值斷面成果圖如圖1。

圖1 高密度電法視電阻率等值斷面圖

圖1為實測的壩軸線電阻率斷面圖，從該圖中可看出，上部為壩體填筑土，巖性較均勻密實，等值線較平緩，視電阻較低，約50～150Ω·m，說明該層沒有不良地質(zhì)構(gòu)造，如土洞或滲漏通道等。下部巖石層存在3處明顯的低阻異常。1#對應(yīng)地面樁號為145～170，對應(yīng)AB/2均為-40～-45段，2#樁號為185～188，對應(yīng)AB/2為-45左右，3#對應(yīng)樁號210～250，對應(yīng)AB/2為-43～-47段。根據(jù)現(xiàn)有資料表明，2#區(qū)域所處位置為壩下輸水涵管，規(guī)格為1.0×1.0m，埋深位置為壩下16m，由此推出高密度深度解釋系數(shù)為0.4。1#和3#異常段推測為異常地質(zhì)區(qū)域，很可能是溶洞發(fā)育區(qū)或斷層破碎帶。根據(jù)電法勘探剖面提示，我們在對應(yīng)位置進(jìn)行鉆孔勘探，得出工程地質(zhì)剖面圖，最終勘探剖面表明1#區(qū)為充填淤質(zhì)泥的溶洞，大小約2.0×1.0m，3#區(qū)發(fā)現(xiàn)寬度約2.0m的斷層破碎帶。

通過整個勘測過程，我們發(fā)現(xiàn)，高密度電法有效地指揮了整個勘探工作，短時間內(nèi)準(zhǔn)確有效地找到存在異常地質(zhì)構(gòu)造的位置，指導(dǎo)整個勘察工作快速有效的進(jìn)行，最終做出正確的工程地質(zhì)評價。

通過本次勘察成果可知，在目前多種勘察方法中，選擇電法勘探是較為快捷且經(jīng)濟(jì)可靠的勘察手段，在普通的鉆探手段無法有效查明異常地層的情況下，可以應(yīng)用此技術(shù)并結(jié)合傳統(tǒng)鉆探方法，達(dá)到明顯好又快的效果。

3 結(jié)束語

通過實際應(yīng)用可以看出，高密度電法具有自動化程度高、工作效率高、形象直觀等優(yōu)點，是一種經(jīng)濟(jì)高效的巖溶勘察手段，在礦產(chǎn)探查、工程設(shè)計等方向具有明顯的指示作用，隨著該方法的深入研究與發(fā)展，將在更多的探測領(lǐng)域發(fā)揮關(guān)鍵重要的作用。

高密度電法的裝置是一種組合式剖面裝置，應(yīng)用高密度電法勘探技術(shù)必須合理地選擇不同測量裝置。在實際操作中，裝置的選擇、電極的布設(shè)、數(shù)據(jù)的校正及數(shù)據(jù)的和理分析糾錯等都是決定最終成果準(zhǔn)確度的關(guān)鍵。當(dāng)然任何物探方法的應(yīng)用都有其局限性。高密度電法應(yīng)用具有一定的條件性和多解性。因此，在進(jìn)行勘探時也應(yīng)將各探測方法合理配合，在工作中，我們必須針對所要尋找的目的物和工作區(qū)的地球物理條件具體地選擇適當(dāng)?shù)目碧椒椒ê晚樞颉Ｔ谙榭彪A段，應(yīng)補充鉆探資料為勘察精度進(jìn)行有益完善。

作者簡介：韓旭東（1978-），男，廣西柳州人（蒙古族），柳州市建筑設(shè)計科學(xué)研究院工程勘察物探技術(shù)方向，工學(xué)學(xué)士。