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1、 高密度电阻率法在探测土（溶）洞中的应用高密度电阻率法在探测土（溶）洞中的应用王建伟 易秋清（广州中煤江南基础工程公司，广东 广州 510440）摘要：摘要：本文介绍了在广州白云机场飞行区工程施工阶段补充勘察中，场区的地质简 况、土（溶）洞的成因及电性特征，阐述了高密度电阻率法探测地下土（溶）洞的异常规 律及应用效果，肯定了该方法的有效性及实用性。 关键词关键词：高密度电阻率 探测 土（溶）洞 作者简介：作者简介：王建伟 物探工程师 94 年毕业于中国矿业大学地球物理勘察专业一、前言、前言广州新白云国际机场位于广花盆地西北缘，地处珠江三角洲北部，南距广州市区约 25 公里。场区土溶洞发育，严重
2、时可导致地表下沉、开裂、塌陷，直接威胁机场的基建工程。在详查阶段物探探测土洞曾采用探地雷达、浅层地震折、反射法、电剖面、电测深法、 瑞雷面波法等物探方法，上述方法或因能量损耗、或地球物理前提不足、或因方法的局限 性、或因施工条件限制，均效果不佳。 白云机场土洞的空间赋存形态且具有水平方向的非成层性、垂向分布的不稳定性的特 点，土洞的空间赋存特点，决定了纵、横向数据采集的密集性，而高密度电阻率观测系统 是近年来发展起来的电法手段，它除在水平方向采用小极距间隔进行数据采集外，同时采 用不同的隔离系数以研究垂向地质体的电性变化，兼具电剖面法及电测深法的优点，故选 为本次土溶洞勘察的主要手段。 本区经
3、多次实验后确定高密度电法采用温纳装，施工中使用重庆地质仪器厂生产的 DUK-2 型高密度电阻率测量系统进行施工。二、地质概况及电性特征分析二、地质概况及电性特征分析1 1、地质概况、地质概况 A A、地层、地层 在钻探揭露深度范围内，场区地层按成因自上而下可分为人工填土层（Qml） 、冲积层 （Qal） 、残坡积层（Qel+dl） 、基岩（C） 。 B B、土溶洞形成机理、土溶洞形成机理 土洞是指埋藏于岩溶区可溶性岩层上复地层内的空洞。 本区土洞形成与岩溶发育密切相关，往往是岩面上先形成溶洞、溶隙，上覆土层底面 在地下水的潜蚀作用下，不断崩落、镂空，致使上覆土层出现空洞、软化、松散，加之第 四
4、系潜水的淋溶作用，带走了土体中的亲水矿物质，留下了粗粒骨架，从而形成土洞，其 顶板发育受岩性控制。 总之，土洞是可溶性岩层与上覆土层间,由地下水潜蚀形成岩溶后，继续向上扩展，上 覆土层底面不断崩落产生的特殊地质现象。 2 2、电阻率法的电性特征分析、电阻率法的电性特征分析 本区实测资料表明，覆盖层一般饱和含水，电阻率较低，一般在 60200m 之间， 完整的微风化灰岩电阻率极高，一般在 500700m 之间。 土洞的电阻率则视洞内有无充填物及充填物岩性而定，现分述如下： （1） 、当土洞内充填物为下列几种情况之一时，其电性则为高阻：、当土洞内充填物为下列几种情况之一时，其电性则为高阻： 、土洞
5、为空洞，无任何充填物。、胶结较好且较干燥的粘土或粉质粘土。 、粉质粘土或粘土内混有适量的碎石、砾石、卵石。 （2） 、当土洞内的充填物为如下情况之一时，则其电性为低阻：、当土洞内的充填物为如下情况之一时，则其电性为低阻： 、流塑状、可塑状或湿润的粘土或粉质粘土。 、砾砂、粗砂或中细砂。 、流塑状或可塑状的淤泥质土。 土洞电性如为低阻者，其电阻率仅有几十个 m，当为高阻时，其电阻率可高达数 百 m，与围岩之间有较大的电性差异。 综上所述，本区基本具备了采用高密度电阻率法探测不良地质体的地球物理前提。三、广州白云机场机场土洞电性异常特征三、广州白云机场机场土洞电性异常特征1、封闭型异常、封闭型异常
6、图 1 低阻型剖面示意图此类异常较为常见，以 T15 剖面较为典型，其上部为粉质粘土与砾砂及粗砂互层，土 地洞顶界面埋深 20 米，洞内充填软塑流塑状粘土夹砂土，实测剖面围岩的视电阻率均大 于 200m，但在测线 B=6060 附近，出现视电阻率小于 200m 的相对低阻封闭圈，其纵 座标与已知的 T15 土洞埋深大致对应，其下部等值线出现凹陷，反映了此处灰岩面较低。 2、高阻张口型异常、高阻张口型异常 此类剖面在场区分布较广，以 T17 剖面较典型，此洞覆盖层为粉质粘土与砾砂、粉砂 互层，土洞顶板埋深 20 米，洞内充填物为软塑流塑状粘土，实测剖面中横座标B=6330、 图 2 高阻张口型异
7、常示意图纵座标为 1625 米左右等值线出现明显的唇形扭曲，视电阻率约在 220240m。低于两 侧同一深度围岩的视电阻率，其下部高阻等值线凹陷，反映灰岩面高度低于两侧。 3、低阻张口型异常、低阻张口型异常6240.006260.006280.006300.006320.006340.006360.006380.006400.006420.006440.00-40.00-20.000.00T17 A4195,B6240A4195,B64405980.006000.006020.006040.006060.006080.006100.006120.006140.006160.006180.00-
8、40.00-20.000.00T15 A4195,B5980A4195,B6180此类异常实测视电阻率较低，在场区部分地段较为集中，以 T3 土洞为例，该洞覆 盖层为砂层与粉质粘土互图 3 低阻张口型异常示意图 层，土洞顶板埋深 18.5 米，洞内充填物为软塑流塑状粉质粘土，纵座标相当于土洞顶板 埋深部位，等值线出现明显的唇形张口，下部反映灰岩面的等值线明显凹陷，反映灰岩面 较两侧低洼。4 4、迭加型异常、迭加型异常图 5 迭加型异常剖面示意图 此类异常相对以上类型较为少见，仅以 RK4 土、溶洞较典型，其表层复盖下有两层厚 度均为 2.7m 的淤泥质土体，中夹厚 2.40 米粘土层，其下依次
9、为粘土、粗砂、砾砂、粉质 粘土、土洞、溶洞，土洞顶板埋深 26.2m，洞高 1.1m。图中所示异常部位，剖面等值线上 凸下凹，宏观形态呈似柱状，说明当不良地质体、砂体异常迭加时，异常范围在纵向上将 加宽，当各独立异常较小时，尚可分辨其形态，只是在纵向上的简单重迭，当各异常均较 大时，则有可能混而为一，呈现如上所述的似柱状形态。 综上所述，土洞异常具有如下共同特点： 1、位于反映灰岩面起伏形态的等值线凹陷处。 2、土洞异常所处部位，等值线出现扭曲、唇形张口。 3、土洞异常存在与否，取决于剖面等值线的异常形态，实测视电阻率的高低取决于围 岩及洞内充填物岩性。4、异常部位的等值线密度相对较小。四、高
10、密度电阻率法应用实例及效果四、高密度电阻率法应用实例及效果1 1、实例、实例 （1） 、物探成果、物探成果 现以经钻探验证的 T17 土洞物探成果的为例，说明该方法的效果。 在该部位共布置了四条电法剖面 W1W4（见平面图）,限于篇幅，仅介绍 W1、W2 两 条剖面（见两线等视电阻率剖面图及反演剖面图亦即地电影像图） 。4200.004220.004240.004260.004280.004300.004320.004340.004360.004380.004400.00-40.00-20.000.00T3 A4195,B4200A4195,B4400370037203740376037803
11、80038203840386038803900-40-200图 5 T17 土洞测线布置及成果图 ? ? ? ?0 ?0 ? ? 0 ? ? ? ? ? ? ? 錰 鸰 r h h 4 ? 4 ? 图 6 T17 土洞 W1 线等视电阻率剖面图图 7 T17 土洞 W1 线地电影像图图 8 T17 土洞 W2 线等视电阻率剖面图6240.006260.006280.006300.006320.006340.006360.006380.006400.006420.006440.00-40.00-20.000.00T17 A4195,B6240A4195,B6440W1W4W3W2A4200B63
12、00A4200B6400B6400 A4300A4300A4100A4100B6300T17其其其其其N其其其其其其其其其其其其其其其其16其其其其其26其其其其其图 9 T17 土洞 W2 线地电影像图实测 s剖面土洞异常为相对低阻张口型，反演地电影像剖面出现透镜状低阻体。土 洞位于高阻基底灰岩界面的洼陷处的第四系冲积层中。依各剖面线电性异常圈定的范围南 北向、东西向均约为 25 米，确定其顶板埋深 20m，洞体高度 10m，面积约 400m2。（2） 、钻探验证结果、钻探验证结果 经钻探在物探异常中心部位（A4200，B6340）布孔验证，确认土洞的客观存在，洞内 充填有浅褐灰色的软流塑的
13、粘性土，夹有微薄层砂土或松散砂土。 在土洞处理过程中，钻探以 2m2m 孔距布孔 34 个，以进一步控制土洞边界，计算结 果面积约 360m2；厚度土洞洞高 0.3021.00m.，累计厚度 106.60m，平均高度 3.14m.；体积 约为 1130.40m3；其圈定的平面范围、钻探剖面资料与物探成果基本吻合（见图 5 及图 10） 。14121086420-2-4-6-8-10-12-14-16T17土洞第16线工程地质剖面1：200B6330B6334B6338B6342B6346B6328A4200A4200N填土粉砂粉质粘土粉砂粉土砾砂粉质粘土微风化灰岩 土洞粉质粘土砾砂粉质粘土砾砂
14、标 高 (m)钻孔图 10 钻探控制地质剖面成果 （3 3） 、项目整体效果、项目整体效果 本次补勘项目以物探为主、经钻探验证，确定土洞 73 个，合计体积为 138916m3,淤 泥质土体 16 个，合计体积为 35952.8m3，不良地质体总体积为 174868.8 m3。基本查清 了不良地质体的埋深、高度或厚度、分布范围、顶板岩性、充填物的性质，计算出面积、 体积等必要参数，取得了丰硕、可靠的成果，为机场地基处理工程提供了科学依据。五、结束语五、结束语应用高密度电阻率法进行土（溶）洞勘察，圈定土（溶）的平面范围及其赋存的空 间形态，是一种行之有的效的物探手段，具有快速、经济的特点，如辅以钻探工程，可 大大提高物探资料的解释精度及成果的可靠性，为工程地基隐患的排除、提高地基稳定 性，提供了科学的依据。 参考文献：参考文献： （1） 、 电法勘探教程 傅良魁 （2） 、 电阻率测深法技术规程 （DZ/T 0072-93） （3） 、 广州白云国际机场迁建工程飞行区工程施工阶段补充勘察报告THE APPLICATION OF MULTIELECTRODE RESISTIVITY METHOD IN PROSPECTIN
