物探方法在住房用地地下岩溶勘查中的应用

王家俊 杨炳南

摘要：在喀斯特地貌分布区，岩溶较为发育，给地面建筑带来较大的安全隐患。本文根据地下岩溶的地球物理特征，选择音频大地电磁法和高密度电法两种物探方法，在相关房屋建设用地区域开展地球物理勘查工作，大致查明测区范围内地下岩溶的分布范围及危害，为灾害预防和治理提供科学依据。

Abstract： Guizhou province is the main distribution area of Karst landform in China. With the continuous development of economic construction， some areas of the ground have collapsed since the construction of the roads， residential housing and other projects started， which pose a serious threat to the lives and property of local residents. So based on the geophysical exploration work in the relevant areas， we can find out the distribution and harm of karst collapse within the range of measurement， providing scientific basis for disaster prevention and governance.

關键词：物探方法；岩溶塌陷；应用

Key words： geophysical method；karst collapse；application

中图分类号：TU195 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）11-0196-04

0 引言

地下岩溶、裂隙的发育破坏了岩体原有的完整性，降低了岩体本身的强度，往往会对工程建设领域产生诸多不利影响甚至引起重大灾害，比如水利工程溃坝、宅基地塌陷、地下工程突水等。而引发这些灾害的因素大多埋藏地下，地表很难发现，因此很有必要通过物探的手段大致查明岩溶、裂隙的位置、大小、埋深等空间分布特征，为工程的开工建设提供有效的参考依据。

应用于岩溶、裂隙勘查的物探方法较多，如高密度电法、音频大地电磁法、瞬变电磁法等，可结合不同的工区地质特征及目的任务选择相应的物探方法。本文以音频大地电磁法和高密度电法为例，探讨这两种方法在该探测领域的应用效果。

1 物性条件

岩溶发育区基岩主要以碳酸盐岩为主，溶洞在电阻率上与围岩差异明显，主要体现在：①若溶洞为空洞，则由于其导电性差，综合电性特征表现为高阻圈闭异常特征；②若溶洞填充了粘土、地下水等，则由于其导电性好，综合电性特征表现为低阻圈闭异常特征。此外，还有节理、裂隙异常特征，判断节理、裂隙最直接的依据是电阻率断面图的横向电性是否连续，也就是说，横向的视电阻率曲线发生了较明显的下陷或上凸，使其两侧的电性差异明显，表现为一个很明显的不连续性。因此，通过物探方法探测该区域的电阻率参数特征，可为探明测区地下岩溶的分布特征提供切实有效的帮助。

2 物探测试方法

根据以往工作区域的地质特征及勘查目的，本文重点探讨音频大地电磁法和高密度电法两种物探方法的应用效果。

2.1 音频大地电磁法

音频大地电磁法（AMT）基本原理是以天然大地电磁场为场源，观测互相垂直的两个方向上若干频率的电场水平分量Ex、Ey和磁场水平分量Hx、Hy，然后利用相互垂直的电场振幅和磁场振幅计算阻抗电阻率ρs；观测电场相位Ep和磁场Hp，用以计算阻抗相位？准；用阻抗电阻率和阻抗相位联合反演计算电阻率参数，最后利用反演的电阻率进行地质推断解释。频率范围是10000Hz～1Hz，探测深度一般在2000m之内。本次探测仪器采用的是美国著名的Geometrics公司和EMI公司联合研制EH4大地电磁测深仪，装置的布设如图1所示。

2.2 高密度电法

采用重庆地质仪器厂研制的DZD-6A电法仪。其基本原理是通过观测与研究人工建立的地中电流场（稳定场或交变场）的分布规律进行找矿和解决地质问题的一组电法勘探方法。高密度电阻率法通过视电阻率高密度剖面成像探测系统，控制同一条多芯电缆上布置连结的多个电极，使其自动组成多个垂向测深点或多个不同探测深度的探测剖面，根据控制系统中选择的探测装置类型，对电极进行相应的排列组合，按照测深点位置的排列顺序或探测剖面的深度顺序，逐点或逐层探测。

高密度电法具有以下特点：①电极布设一次完成，实现野外数据采集自动化，采集速度快。相对常规电阻率法而言，大大减少了因电极布置而引起的故障和干扰。②在同一剖面上，保持电极数、电极间距、测点位置、接地电阻不变，可进行多种电极排列方式的扫描测量。③具有较高的测量密度，所获得的数据包含丰富的地质信息，利用专业软件可进行数据处理。

3 应用实例

3.1 EH4在贵阳市某汽车项目建设用地地下岩溶勘查中的应用

3.1.1 工区概况

工区位于贵阳市乌当区金华镇。区内出露地层主要为二叠系上统龙潭组（P3l）、长兴组+大隆组（P3c+d）及三叠系下统大冶组（T1d）和第四系；区内构造较为复杂，发育有北东向断层F1、北西向断层F2、南北向断层F3，北西向柜子岩背斜及北东、北北东、北西、与近东西向节理裂隙。柜子岩背斜从工作区中部穿过，向南东倾伏，南西翼地层倾向140°，倾角14°；北东翼地层倾向115°，倾角20°；在断层附近地层产状变化较大，常形成牵引小褶曲。

3.1.2 物探测试成果

如图3所示为1、2号剖面EH4探测成果剖面图。根据断面图上电阻率等值线高阻圈闭异常推测岩溶空洞异常3处，分别为YG1、YG2、YG3，对项目建设用地影响较大；根據断面图上视电阻率等值线低阻圈闭异常推测岩溶填充异常3处，分别为YD1、YD2、YD3，对项目建设用地有一定的影响；根据断面图上视电阻率等值线下凹呈低阻板状体异常，推测了J1、J2两条节理裂隙异常。

3.2 高密度电法在贵州省沿河县某高速公路安置点岩溶勘查中的应用

3.2.1 工区概况

工区位于贵州省沿河县肖家坝镇。区内出露地层主要为寒武系上统毛田组（∈3m），岩性为浅灰色中至厚层状细晶灰岩、白云质灰岩、白云岩，常呈不等厚互层。场地上覆土层不均匀，厚度0～2m；下伏基岩产状较陡，节理、裂隙较发育，地质构造属中等复杂类型。

3.2.2 物探测试成果

如图4所示为1、2号剖面高密度电法探测成果剖面图。根据断面图上电阻率等值线低阻圈闭异常推测岩溶异常6处，分别为Y1、Y2、Y3、Y4、Y5和Y6，对项目建设用地有较大的影响。上述异常均位于灰岩地层中。根据断面图上视电阻率等值线不连续性，推测了F1、F2、F3和F4断裂裂隙异常；同时，根据物探成果划分了岩溶发育区，指导下一步的工作部署。

4 结论

通过上述分析与探讨，表明物探方法在工程建设领域对查明地下岩溶发育特征具有很好的指导意义：地表覆盖层显示明显的低阻特征；灰岩呈高阻特征；局部圈闭的电阻率等值线高阻异常与岩溶空洞异常对应；局部圈闭的电阻率等值线低阻异常与岩溶填充异常对应；节理裂隙异常特征则表现为横向电阻率明显的不连续性。因此结合地质资料进行物探测试工作，可为工区的钻孔工程验证部署提供有效的参考依据。

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