井地超高密度电法探测在岩溶勘察中的应用研究

应用研究

摘要：岩溶地区桩基础施工勘察常用的手段是钻探方法，但是钻孔孔径相比桩径小得多，往往以增加钻孔数量来提高查明岩溶的分布，辅以物探方法勘察是一种选择，本文介绍井地超高密度电法的工作方法及成像原理，分析井地超高密度电阻率法成像特征和规律，结合钻孔验证，结果表明利用井地超高密度电法应用于岩溶勘探效果可行，能准确、快速查明钻孔周围一定范围内岩溶的分布情况，为桩基设计、施工提供更加可靠的地质依据。

关键词：岩溶；超高密度；电法；井地；钻孔

1引言

桩端持力层为岩溶分布情况下，持力层内往往存在溶洞、软弱夹层等不良地质体，这些通常是岩溶地区建设工程基础施中过程中的重点和难点，施工勘察做为一种补充的基本工作，其所收集的基础资料，是否具备准确性，直接影响到后期工程项目施工的效果。如单纯的采用钻探方法，往往工作量大，耗时长、效率低，也未必能达到预期的效果，采用钻探与物探的方法进行组合勘察是一种较好的选择。超高密度电法主要反应地下岩土、空洞、含水体等的电性信息，是一种建立在常规高密度电法勘探基础上的电法勘探方法，仅需一次性布设电极，通过测量采集软件系统，自动分配采集所有可能组合电极间的电性信息，数据采集量大、效率高，再利用处理软件反演获得电阻率断面，从而可圈定地下岩溶的位置、规模等信息。

2超高密度电法

超高密度电法原理与直流电法勘探相同，是以地质体的电性差异为基础，通过人工建立的地下电场分布特征，通过专门的仪器设备，观测地下电场的分布规律，分析地质体的电性变化，判断解决

一些地质问题。超高密度电法工作布置电极突破了单一的地面布线模式，可以采用井地布置电极模式，即将排列的一部分电极放入井中，另一部分电极排在地面，整个排列形成一个有角度的排列(见图1)。测量时不受装置类型的，数据采集过程亦采用由仪器全自动智能控制，这样不仅可以做到近地表的探测，还可以利用井内的电极，可得到更多、更准确的数据和信息，比单纯地面布置电极勘探具有更高的精度，对地下较深处的地质体异常体的反映能力更强。

现场勘探工作时，将选用固定电极间距的多芯同轴电缆布置在预定的测点上，每条电缆上连接32个电极，按每个排列采用两条电缆组合的形式，共得到个电极，将电极按1～#进行编号，并且分成奇数组和偶数组。数据采集过程将由采集软件系统全部自动智能控制，在奇、偶电极组中各选一个电极作为供电电极AB和随机选定一个接地条件良好的电极作为M极，剩余的电极作为N极，由此每一次供电将可采集到61个MN电位差数据。每一次供电采集完成后，滚动变换AB组合重复供电和采集数据，直到所有的AB组合使用完成。因此每一次布置电极排列，整个测量过程中将有1024次供电工作，总的数据采集量为124个。

超高密度电法可以获得超大量地下地质体的视电阻率大小的分布数据，但知道这些地下地质体的电性物理参数后，并不能直接知道是什么岩性对应这些电性物理参数，还需通过钻孔揭露的地质资料，找出这些地质体的电性物理参数与相应地质体的对应关系，分析得出地下地质体的电性物理特性的分布状况来推测地下地质体，因此，建立地质体的电性物理参数与地质体的对应关系是电法勘探结果解释的前提。利用三维场源和二维地电结构条件下的反演模式，是一种比较好的反演方法，称之为2.5维反演方法，它是假定地面与电下电场结构都是二维状态和具有相同的走向形式，线电源沿z轴方向可变化，这样假设就与实际的情况更为相近、吻合，最后所得到的理论电阻率值与实测电阻率值的差异足够小，根据这样的反演结果更能够真实反映不同地质体的电性差异，可以做为对地质体的推断解释。

3工程实例

汇洋广场位于广西岑溪市新城中心区，拟建为城市综合体，为6栋高层住宅楼及4层裙楼，整个场地配套建设两层地下室。场地东北面紧临义昌江，江水面高程约94m。场地属于冲洪积阶地地貌，基坑已开挖至高程约96m，基坑底部上覆盖土层主要为粉质粘土、卵石，下伏基岩为岩溶型角砾岩，详勘报告岩溶遇洞率为32.6%，线岩溶率9.7%，最大溶洞高8.8m，部分溶洞呈串珠状，岩溶较发育，场地内地下水丰富，地下水补给来源主要为江水，与江水水力联系十分密切，场地地质条件复杂。工程拟采用桩基础，桩径1.2m～1.8m，桩端以较完整的角砾岩作为持力层。

根据已知资料，场地内上覆地层主要有第四系粉质粘土、卵石为主，其具有电阻率为相对较低的特征；下伏基岩为奥陶系岩溶型角砾岩地层，岩体裂隙、岩溶较发育区，由于有地下水充填，电阻率相对较高，较完整的基岩区则电阻率最高；溶洞溶隙主要为粘性土充填或呈空洞状态，且在地下水位以下，其电阻率相对围岩呈现为较低和较均匀的形态。地质条件存在的电性差异，具备为超高密度电阻率法勘探提供了良好的物性条件。

本次超高密度电法探测使用的仪器是由澳大利亚ZZ Resistivity Imaging研发中心最新研制的FlashRES-UNIVERSAL多通道超高密度直流电法勘探系统，采用2条电缆共个电极数，电极距1m。野外采集到的数据经过检查，反演计算处理后，输出以grd文件格式，以方便应用Surfer软件能够绘制出电阻率剖面图。

根据钻孔132号的地质资料显示：0～8.9m为粉质粘土、圆砾，套管下沉至8.9m；8.9m～19.3m为破碎角砾岩、局部夹有粘土块或空隙；19.3m～26.6m为较完整的中风化角砾岩。

钻孔132号的超高密度电法反演成果图分析：0～8.9m段由于钢套管屏蔽此段无电性数据，8.9m～17m段呈低阻异常，因此解释为溶洞或破碎岩；17m～19m段呈半边高阻和半边低阻的异常形态，推测为岩溶发育，解释为钻孔周围附近存在溶洞或破碎带；孔深19m至终孔深度呈高阻异常，解释为较完整的风化岩。从

两者对比分析可以看出超高密度电法反演图解释的结果与钻孔揭示的地质基本相符。

为了验证钻孔132号电阻率反演解释的钻孔周围岩溶发育情况，特别在该钻孔偏北方向0.5m处补充一个钻孔，地质资料如下：0～8.4m为粉质粘土、圆砾，套管下沉至8.5m；8.4m～12.5m为破碎角砾岩；12.5m～15.6m为含碎石粘土；15.6m～17.4m为破碎角砾岩；17.4m～19.4m为粘土；19.4m～29.1m为较完整的中风化角砾岩。验证钻孔证实了钻孔132号在17m～19m段周围确实存在了溶洞，说明井地超高密度电法可探查钻孔周围的地质差异情况，且具有很高的勘探精度，对勘探钻孔内及周边地质情况具有很强的适用性。

4结语

根据上述超高密度电法勘探在工程中的应用成果研究可以总结出以下结论。 1）超高密度电法勘探结果与钻孔揭露地层基本吻合，电法揭露溶洞高度规模要整体在偏大些，说明了超高密度电法发现面上的溶洞规模，而钻孔仅为线性规模，该方法在岩溶地区勘探中具有广阔的应用前景；

2）超高密度电法在勘探桩端持力层上取得的效果显著，能够全断面发现桩基持力层的岩溶发育情况。

参考文献

[1]李少华. 孔内直流电法探测煤层底板破坏深度研究[D].中国矿业大学,2019.

[2]刘磊,范涛,李博凡.煤矿井下孔中直流电法超前探测数值模拟研究[J].物探化探计算技术,2020,42(02):239-243.