高密度电法在城市岩溶地区建设用地勘查中的应用

李 灏

福海街道市政建设工程事务中心 广东 深圳 518000

前言

随着城市发展水平的不断提高，城市对发展空间的需求与土地稀缺的矛盾日益凸显，可建设用地的价值日益提升。在对可建设用地的开发利用的过程中，不可避免会遇到复杂的地质环境，尤其要重视对建筑施工安全带来威胁的不良体质体。对地质情况进行准确且高效地勘查，是可建设用地高效开发的关键。灰岩地区溶蚀现象较为普遍，不仅会导致基岩面起伏很大，还会有较多的溶蚀带、溶洞、土洞等不良地质现象，会严重地影响到工程施工[1]。为保证建筑物的安全，适应城市环境，应选择快捷经济、无损的物探手段运用于城市环境的勘察[2]。利用高密度电法进行二维地电断面测量，兼具剖面法与测深法的功能，有点距小、采样密度高的特点，在敷设一次导线后可进行数千个记录点的数据观测，其信息量大、施工效率高[3]。

本次以深圳市东部某建设用地为例，利用高密度电法对建设用地的视电阻率进行采集，结合勘察资料进行分析，并通过钻探验证，查明研究区内基岩面的起伏形态及覆盖层厚度，同时，对研究区内的岩溶地质灾害发育情况进行了探查，圈出了溶、土洞异常的范围，为建筑工程的安全施工提出指导建议。

1 研究区概况

1.1 地质地貌及地层岩性

研究区原始地貌单元为坡地及山前平原，局部为冲洪积阶地，地形起伏。区内大部分场地已平整，平整后整体地势依坡高，四周低，坡地地段植被发育。

研究区内分布的地层由浅至深为人工填土层、第四系全新统冲洪积层、第四系全新统坡洪积层、第四系上更新统沼泽相沉积层、第四系上更新统冲洪积层、第四系上更新统坡洪积层、第四系不明成因堆积层、第四系残积层。场地下伏基岩为石炭系砂质板岩、炭质板岩及石灰岩炭质板岩。

1.2 水文及地质灾害隐患

研究区内地下水根据其赋存介质和埋藏条件不同可分为四类：（1）人工填土层中存在上层滞水；（2）赋存于第四系全新统及上更新统冲洪积粉砂层中的孔隙潜水；（3）存在于基岩强风化～中风化带中的裂隙承压水；（4）赋存于微风化石灰岩中的岩溶裂隙（孔洞）水。地下水主要受大气降水垂直补给及地下迳流的侧向补给，整体方向沿山体向周边排泄。测得稳定水位埋深0.10～23.00m，标高为48.41～74.68m，受丰水季节和枯水季节影响，稳定水位差异会较大。根据深圳地区经验，地下水位年变幅在近山体位置2～4m，远山体位置1～2m。

总体来说，研究区内微风化岩面以下岩溶裂隙、溶洞发育地段地下水极为丰富，地下水、可溶岩及可流动的通道为岩溶提供了良好的发育环境，容易发育成为溶、土洞，给建筑基础的稳定与安全造成隐患，也给基础施工来一定困难。

2 研究区物性特征

研究区内不同地层之间的电性差异明显。根据高密度电法测线与勘察钻孔比对结果，覆盖层及人工填土的电阻率为10～60Ω·m；粉质粘土的电阻率为30～80Ω·m；砂质板岩电阻率为50～110Ω·m；灰岩电阻率大于100Ω·m。当地下岩溶、土洞发育时，岩溶、土洞发育位置的电阻率会与周围岩层电阻率存在较大差异。被充填的岩溶、土洞表现为低电阻率特征，在电法勘探中表现为低阻异常，未充填的岩溶、土洞表现表现为高电阻率特征，在电法勘探中表现为高阻异常。由地质勘察结果可知场地内存在上述岩层，因此场地存在进行电阻率勘探的电性差异。

3 方法原理及异常特征

高密度电法是以探测地下目标体导电性差异为基础的一种地球物理勘探方法。高密度电阻率法通过高密度主机连接电极转换器来控制供电电极(一般用A、B表示)和测量电极(一般用M、N表示)的不同组合方式，以测量不同深度地下介质的视电阻率值。当供电电极AB向地下加载直流电流时，在地表利用测量电极MN测量剖面上特定位置的电压和电流，通过对电压和电流数据进行处理，可获得高密度电法视电阻率断面图，由此划分研究区内岩土介质的视电阻率值及不同视电阻率介质的分布变化形态，进而判识研究区内部是否存在断层、岩溶及其它不良地质作用。当研究区内介质为均质、无断层或其它不良地质作用时，视电阻率等值线一般呈有规律的均匀分布，近水平层状；当研究区内存在上述隐患时，则视电阻率等值线将发生变化，表现为梯度变化大，出现高阻或低阻闭合圈等异常形态。

4 物探实施

4.1 工作布置

地质勘察资料显示研究区内灰岩面从北西往南东向由浅变深。为更好地探明溶、土洞异常，沿北西-南东向布置高密度测线42条，测线长度144～324m，同时，为提高探测精度并克服横向盲区，沿北东-南西方向布置高密度测线29条，测线长度88～704m，其中部分测线超过了仪器单次采集的最大476m（120道，4m电极距）的长度，这部分测线采用分段采集的方式，在测线前端与后端分别进行两次数据采集，再将两次采集的原始数据进行叠加后进行处理解释。

高密度电法采用重庆奔腾数控技术研究所生产的WGMD-9超级高密度电法系统，主机型号WDA-1，配套WDZJ-120多路电极转换器，最大道数120。电极极距4m，每条测线均采用温纳装置（α）、偶极装置（β）以及施伦贝谢尔装置（α2）三种装置进行数据采集，并对三种装置所得异常综合进行对比分析。

图1 高密度电法测线布置图

4.2 典型剖面特征分析

以15号测线为例对高密度电法异常进行分析解译。该测线采用温纳装置（α）排列，电极距4m，测线总长度456m。图2为测线实测视电阻率等值线断面图，利用测绘数据进行了地形改正，纵坐标为高程，横坐标为水平偏移距。图中可以看出，视电阻率值由浅至深呈增加趋势，结合勘察钻孔资料，以视电阻率90Ω·m等值线附近作为推断基岩面。覆盖层厚度几米至30m不等，视电阻率较低，在30～90Ω·m范围，以下为基岩，视电阻率总体较高，在90～190Ω·m范围。水平位置90～130m处出现电阻率梯度变化较大区域，推断为溶洞，水平位置260～270m及350～370m位置也出现类似异常，推断为溶洞，其余位置基岩相对完整。

图2 测线15实测视电阻率等值线断面图

5 结语

（1）根据高密度电法成果，研究区内存在多处溶、土洞发育，在建筑施工时应进行地基处理，如钻孔灌沙振动压密充填、注浆处理等，对于采用桩基础的建筑物，桩基础持力层须选取完整基岩。

（2）对比高密度电法成果与钻探资料可知，高密度电法可以较好地区分研究区内的覆盖层与基岩，而钻探所揭露的溶、土洞位置的异常，在高密度电法成果中也能有较好地体现。由于地下介质复杂多样，而电法类物探方法所测得的电性剖面是地下介质电性的综合反映，在解释的过程中存在多解性，因此高密度电法在目标体具体深度的确定方面无法达到很高的精度，但已经可以大体了解探测区域的地下电性分布以及圈定异常位置。总体而言，高密度电法因其无损、轻便、高效的特点，成为一种在城市环境中进行大范围勘查时值得选用的物探方法。