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1、灰岩地区高密度电法在岩溶勘察中的应用灰岩地区高密度电法在岩溶勘察中的应用魏 华摘 要 灰岩分布区岩溶发育易引发地面塌陷。是地质灾害及路、桥、建筑物等工程设施的主要隐患。高密度电法是近些年引入的物探方法，广泛应用于地质灾害调查及工程勘察中。在灰岩分布区应用高密度电法勘察第四系土洞、灰岩岩溶、断裂发育等，能取得较好的地质效果。关键词灰岩 高密度电法 土洞 岩溶 一、前言 灰岩是一种较为特殊的岩石，作为可溶性碳酸盐岩的灰岩分布区，通常发育溶沟、溶槽等溶蚀带以及溶洞，甚至引起上覆第四系内部土洞发育。灰岩地区岩溶、土洞发育的地段，在大量开采地下水、矿井排水或长期降雨等原因引起地下水动力条件改变或机械振动
2、等因素诱发下常发生地面塌陷等地质灾害。 2005年7月28日下午6时许，在西二环高速公路冲孔桩施工过程中，广州市白云区江高镇大石岗村村道局部发生突发性岩溶地面塌陷地质灾害。灰岩上部覆盖层中存在大直径土洞，由于西二环高速公路冲孔桩施工中强力的冲击作用破坏了处于平衡状态的岩土条件，引发地下原有的土洞坍塌，从而导致地面的塌陷。广州市花都区剑岭村2006年6月26日上午7时30分左右发生的两处塌陷，一处位于村内，一处在村北边龙眼园中。塌陷坑为近圆形，直径1至3米之间，深度0.3米至不可见，呈串珠状断续相连，近南北走向，面积约1000平方米。剑岭村位于隐伏石灰岩地区，地下石灰岩溶洞、土洞发育，地质环境较
3、恶劣，加上降雨骤增，是引起石灰岩溶洞、土洞塌陷，造成地表破坏的原因。 灰岩区的岩溶等不良地质体的发育具一定的规律性，但在较小范围的特定区内，其出现有着随机性，钻探勘查仅提供点上资料，也具有一定的随机性，要详细查明区内岩溶等地质体纵、横向发育情况，仅靠钻探方法投入较大，也难以达到理想的效果。 在岩溶塌陷频发区进行区域性灾害地质勘察，查明岩溶塌陷的分布规律与塌陷的诱发因素，是灾害治理的前提，可为城镇发展规划及地方经济发展提供有价值的基础地质资料。在灰岩分布区进行房屋、桥梁、高速公路施工时，岩溶、土洞的发育会引发塌陷而影响工程施工甚至造成设备损失或人员伤亡。因此，在勘察设计阶段，需查明区内岩溶、土洞
4、等地质体的发育情况，并进行相应的处理。 物探方法是岩溶地质调查的重要手段，通过物探方法可以获得灰岩分布区岩溶等不良地质体的纵、横向发育及展布的资料。物探工作在岩溶勘察中的主要任务是查明区内灰岩埋深、岩溶及可能与灰岩岩溶发育有关的断裂发育情况。高密度电法近年来发展起来的物探方法，广泛应用于区域性岩溶灾害调查及工程勘察中。二、灰岩区电性特征简析 第四系松散地层电阻率值一般为n101n10M，砂、卵石成分较高时可达nl02M，灰岩的电阻率值较高，一般达nl02nl04M。灰岩与第四系地层的电阻率存在明显差异。灰岩内部发育的岩溶通常充填低电阻率的充填物而形成相对低阻异常。断裂带位置易形成溶蚀，而使得断
5、裂带与上、下盘围岩通常存在电性差异。因此，在灰岩分布区具备应用高密度电法了解灰岩埋深、分布范围、查明土洞、岩溶、断裂发育情况的地球物理前提。三、 高密度电法工作原理31仪器设备仪器设备采用重庆奔腾数控研究所产WDJD-3型数字多功能高密度电阻率仪，配分布式多路开关转换器。 32工作方法及原理图1 高密度电阻率测量系统野外施工布线示意图WDJD-3主机通过RS232串行口控制WDZJ-3多路电极转换器，按工作电极排列的要求将A， B， M ，N极与电极160中指定电极轮流相接从而完成供电与测量任务。图1中的WDJD-3与WDZJ-3又可简称测站，对于和WDZJ-3面板上电极“130 ”插座相连的
6、电缆，从远离测站一端至最靠近测站一端，电极编号依次为1号30号。对于和WDZJ-3面板上电极“3160 ”插座相连的电缆，从最靠近测站一端至远离测站一端，电极编号依次为31号60号。高密度电测法是以岩（矿）石的导电性差异为基础的一类电探方法，在施加电场的作用下，由大地传导电流根据其电流场的分布规律，可以得出地层中各岩性层的分布情况及电阻率值。岩溶、溶蚀等不良地质现象与周围岩土层的电阻率差异较大，通过电阻率异常可以判别场地岩溶、溶蚀等不良地质现象的发育情况。 高密度电法属直流电阻率法，测量结果为二维视电阻率断面。高密度电法具有点距小、数据密度大、工作效率高的特点，能较直观、准确地反映地下电性异常
7、体的形态。四、高密度电法在岩溶勘察中的应用实例 我们引入高密度电法以来，先后在宜昌市龙潭村、三游洞等岩溶地区进行高密度电法工作，获得了一些较好的效果。下面以三游洞三峡文化村岩溶勘察某一实测勘察剖面为例简单作一介绍。41 确定基岩面埋深 高密度电法测量结果为二维电阻率断面，由于第四系与灰岩之间是个差异极大的电性界面，高密度断面中测量结果开始反映灰岩电性时，视电阻率值快速上升。这是判别基岩面埋深的重要标志。（如下图2） 图2 基岩面的划分图2为三游洞三峡文化村岩溶勘察中的剖面基岩面划分图。由高密度电法测量，经软件分析得出的基岩面划分与钻探得出的基岩面对比得知，高密度电法测量得出的基岩面精度比较高，
8、基本与钻探结果相吻合。42 确定岩溶发育情况 三游洞三峡文化村，该区岩溶发育。图3是剖面试验段高密度电法剖面，断面走向为东西向，断面中内部有3处规模较大的低阻异常带。中间一处的溶洞经钻探验证为充填型岩溶。另两处从现场踏勘及综合资料分析，证明为溶槽发育区。 图3 基岩面的划分五、结论 高密度电法具有剖面法和测深的功能，点距小、数据采集密度大的特点，能较直观、形象地反映断面电性异常体的形态、产状等。在灰岩分布区应用高密度电法了解灰岩岩溶、断裂发育情况以及确定灰岩的分布情况，能取得较好的地质效果。高密度电法断面结果反映的是灰岩与上覆第四系地层的平均电性反映，当灰岩表面溶蚀发育而呈锯齿状时，断面测量资料能反映灰岩面总体起伏状况。地形起伏地段的断面实测结果，应进行二维地形校正，以消除地形影响，使测量断面与实际断面更接近。 探地雷达、浅震法也是岩溶勘察的有效物探方法。灰岩分布区，地形、地质情况相对复杂，各种物探方法都受一定条件限制，如高密度电法要求接地条件较好并有一定的排列展布长度，因此，在城区等一些地形、地物条件相对复杂的地区进行岩溶物探勘察时，应进行综合物探勘察，利用不同方法对不同的地形、地物、地质条件适用性，尽可能多地获取物探资料进行综合解释，便能取得理想的勘察效果。5
