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第 40 卷 第 3 期 物 探 与 化 探 Vol.40,No.3 2016 年 6 月 GEOPHYSICAL & GEOCHEMICAL EXPLORATION Jun.,2016 doi: 10.11720 / wtyht.2016.3.27 林 希 仲. 井 地 直 流 电 法 在 岩 溶 地 基 探 测 中 的 应 用 [J]. 物 探 与 化 探,2016,40(3):619-623.http: / / doi.org / 10.11720 / wtyht.2016.3.27 Lin X Z.The application of borehole to surface electrical prospecting to karst foundation survey[ J]. Geophysical and Geochemical Exploration,2016,40 (3):619-623.http: / / doi.org / 10.11720 / wtyht.2016.3.27 井 地 直 流 电 法 在 岩 溶 地 基 探 测 中 的 应 用 林 希 仲 ( 广 州 泰 峰 地 质 环 境 咨 询 有 限 公 司, 广 东 广 州 510060) 摘 要 : 当 井 地 直 流 电 法 实 现 了 高 清 晰 地 质 扫 描, 电 法 勘 探 技 术 的 发 展 就 到 了 一 个 全 新 的 定 量 解 释 阶 段, 不 仅 拓 展 了 地 质 勘 查 更 广 阔 的 领 域, 而 且 能 够 解 决 一 些 过 去 无 法 解 决 的 地 质 勘 查 难 题 以 某 热 力 站 工 程 为 例, 在 建 筑 施 工 阶 段 发 生 岩 溶 地 质 坍 塌 时, 成 功 使 用 井 地 直 流 电 法 实 施 了 高 精 度 地 质 勘 查, 在 短 时 间 内, 低 成 本 高 效 率 地 完 成 了 复 杂 岩 溶 地 质 勘 查 难 题, 探 明 了 岩 溶 地 质 发 育 带 的 大 小 延 伸 方 向 和 埋 藏 状 态, 确 定 了 岩 溶 地 质 特 征, 为 解 决 岩 溶 地 质 灾 难 隐 患, 设 计 工 程 施 工 方 案 提 供 了 可 靠 的 地 质 资 料 依 据 关 键 词 : 井 地 电 法 探 测 ; 岩 溶 勘 探 ; 岩 溶 地 质 特 征 中 图 分 类 号 : P631 文 献 标 识 码 : A 文 章 编 号 : 1000-8918(2016)03-0619-05 岩 溶 地 质 发 育 带 一 直 是 影 响 工 程 建 设 地 基 施 工 和 建 筑 物 稳 定 的 比 较 复 杂 难 以 处 理 的 灾 害 地 质 问 题, 在 工 程 建 设 中, 尤 其 是 大 型 的 重 要 的 工 程, 岩 溶 会 带 来 许 多 特 殊 的 不 良 建 筑 条 件 和 工 程 稳 定 性 问 题 [1], 在 建 工 程 场 地 发 现 新 的 岩 溶 地 质 灾 害 隐 患 时, 也 需 再 次 进 行 岩 溶 勘 察, 以 确 认 岩 溶 对 工 程 的 影 响 程 度 或 确 定 岩 溶 地 质 的 处 理 方 式 笔 者 参 加 了 广 东 省 肇 庆 市 某 热 电 站 岩 溶 地 质 的 勘 探 工 作, 在 无 法 使 用 传 统 地 质 勘 探 手 段 的 情 况 下, 依 据 现 场 具 体 情 况, 以 创 新 技 术 使 钻 探 与 物 探 相 结 合 的 方 式, 解 决 了 复 杂 岩 溶 地 质 勘 探 难 题, 论 证 了 突 破 常 规 工 作 方 式 的 必 然 性 综 合 使 用 地 质 勘 探 各 种 技 术 手 段 的 重 要 性 和 物 探 技 术 适 应 经 济 发 展 的 迫 切 性 物 探 中 的 直 流 电 法 是 应 用 最 广 适 应 最 强 的 方 法 之 一 该 法 应 用 较 多 的 是 地 面 装 置 方 式, 而 井 地 装 置 方 式 虽 然 有 较 多 的 理 论 研 究, 但 实 际 应 用 的 效 果 欠 佳 在 勘 探 精 度 上 以 目 标 体 的 直 径 与 埋 深 比 作 为 标 准, 直 流 电 法 的 勘 探 精 度 一 般 在 33% ~ 17% 之 间 笔 者 通 过 大 量 的 试 验 和 研 究, 认 识 到 常 规 电 法 方 式 忽 略 了 地 质 电 性 参 数 分 量 的 探 测, 从 而 在 地 下 精 细 构 造 的 探 测 中 难 有 突 破 为 此, 在 野 外 实 测 中 对 每 一 个 测 点 增 加 了 2 种 电 性 参 数 的 探 测, 在 钻 孔 和 地 表 之 间 形 成 了 全 方 位 的 探 测 方 式 根 据 溶 洞 探 测 项 目 的 野 外 设 计 和 实 测 资 料, 对 一 些 干 扰 数 据 进 行 了 识 别 和 处 理, 取 得 了 勘 探 精 度 达 到 5% 的 成 果 [2-6] 1 工 程 概 况 热 电 站 场 地 紧 邻 西 江, 原 始 地 貌 为 河 流 一 级 阶 地, 原 分 布 有 蕉 林 农 作 物 鱼 塘 等, 现 已 整 平, 地 形 平 坦 开 阔 场 地 上 覆 第 四 系 地 层, 主 要 为 人 工 填 土 层 冲 积 层 冲 淤 积 层 残 积 层, 下 伏 基 岩 为 古 近 系 (E) 砂 岩 和 砾 岩, 地 下 水 较 丰 富 [5], 根 据 钻 孔 揭 露, 覆 盖 层 厚 度 一 般 为 38 m 前 期 地 质 勘 探 虽 发 现 有 岩 溶 地 质 发 育, 但 钻 探 仅 仅 发 现 一 些 小 型 溶 洞, 勘 探 结 论 认 为 岩 溶 地 质 不 发 育, 无 需 做 进 一 步 的 地 基 地 质 勘 探 但 随 着 建 筑 施 工 的 进 行, 几 个 建 筑 工 地 都 发 现 有 大 型 溶 洞 存 在, 由 于 不 了 解 溶 洞 的 大 小 延 伸 方 向 及 岩 溶 地 质 特 征 等, 造 成 了 热 电 站 多 个 建 筑 的 溶 洞 处 理 难 以 持 续 而 无 法 达 到 工 程 地 基 施 工 要 求 正 在 进 行 桩 基 施 工 的 圆 形 贮 煤 仓 工 地 也 发 生 了 坍 塌 事 件, 热 电 站 的 岩 溶 发 育 状 况 怎 么 样? 对 建 筑 物 和 施 工 还 会 造 成 多 大 的 影 响? 以 什 么 样 的 方 式 才 能 最 有 效 地 处 理 场 地 内 的 岩 溶 地 质? 由 于 热 电 站 建 设 已 全 面 展 开, 岩 溶 地 质 所 造 成 的 地 基 问 题 都 集 中 到 了 一 点, 需 尽 快 探 明 岩 溶 地 质 通 常 岩 溶 地 质 勘 探 方 式 有 钻 探 和 物 探 两 种, 工 程 地 质 初 探 时 使 用 了 钻 探 工 程, 但 没 有 发 现 场 地 内 岩 溶 收 稿 日 期 : 2015 08 05

620 物 探 与 化 探 40 卷 地 质 的 复 杂 性 现 在 施 工 阶 段 如 果 使 用 高 密 度 布 钻 的 方 式, 仅 出 现 坍 塌 的 圆 形 贮 煤 仓 这 一 个 建 筑 地 基 实 施 钻 探 就 至 少 需 要 半 年 时 间, 而 岩 溶 地 质 情 况 不 清 楚, 进 行 了 多 时 的 溶 洞 灌 浆 处 理 没 有 见 到 实 效, 这 将 严 重 影 响 热 电 站 的 施 工 进 度 为 此, 肇 庆 热 电 公 司 对 外 发 布 了 岩 溶 地 质 勘 探 项 目 的 公 示 物 探 有 许 多 的 方 法 适 应 于 对 岩 溶 地 质 进 行 探 测, 但 根 据 现 场 情 况, 常 规 方 法 中 以 电 法 勘 探 进 行 岩 溶 地 质 勘 探 效 果 最 佳 [6] ; 由 于 勘 探 现 场 正 在 施 工, 电 法 中 又 以 直 流 电 法 受 到 的 干 扰 最 小 ; 在 溶 洞 埋 深 38 m 时, 溶 洞 的 直 径 通 常 在 8 m 左 右 才 能 够 探 明, 而 2 m 大 小 的 溶 洞 也 可 能 会 对 热 电 站 的 大 型 建 筑 造 成 不 稳 定 的 影 响, 这 就 形 成 了 传 统 物 探 方 法 也 难 以 探 明 勘 探 区 岩 溶 地 质 发 育 带 的 难 题 2 技 术 实 施 的 可 能 性 提 高 物 探 的 勘 探 精 度, 一 直 以 来 都 是 物 探 技 术 发 展 的 方 向 笔 者 对 地 表 和 井 地 电 法 的 各 种 装 置 方 式 都 进 行 了 大 量 的 理 论 分 析 和 野 外 试 验, 确 定 了 各 种 装 置 方 式 的 优 劣 特 征 近 几 年, 笔 者 使 用 井 地 电 法 在 多 个 项 目 中 成 功 使 勘 探 精 度 达 到 5% 根 据 热 电 站 圆 形 贮 煤 仓 的 岩 溶 地 质 勘 探 要 求, 井 地 电 法 是 目 前 唯 一 能 够 探 明 岩 溶 地 质 发 育 带 的 物 探 方 法 由 于 在 技 术 上 已 有 成 功 的 案 例, 笔 者 承 接 了 热 电 站 部 分 工 程 地 基 的 岩 溶 地 质 勘 探 项 目, 在 此 仅 以 圆 形 贮 煤 仓 为 例 进 行 陈 述 进 行, 取 得 野 外 采 集 的 数 据, 再 通 过 计 算 机 处 理, 最 终 形 成 视 电 阻 率 剖 面 图 [9-10] 4 探 测 结 果 由 于 井 地 直 流 电 法 的 立 体 探 测 方 式, 使 得 探 测 点 的 部 位 更 加 具 体, 在 视 电 阻 率 剖 面 图 中 反 映 的 就 是 每 一 个 探 测 点 反 映 各 自 方 位 的 电 阻 率 值, 也 就 是 显 示 了 那 个 点 的 物 质 电 性 特 征 根 据 这 些 物 质 电 性 特 征 的 现 场 规 律, 推 测 地 质 地 层 中 各 种 的 存 在 状 态 [11-14] 就 此 次 井 地 电 法 勘 探 而 言, 探 测 目 标 体 是 溶 洞, 在 对 各 种 复 杂 的 干 扰 物 暂 不 考 虑 的 情 况 下, 溶 洞 的 视 电 阻 率 值 最 低, 在 地 层 中 会 出 现 比 围 岩 较 明 显 的 低 阻 异 常 反 映, 可 以 据 此 判 定 为 溶 洞 或 土 洞 [12-14] 图 1 为 B 测 区 5 号 钻 孔 第 3 号 测 线 的 井 地 电 法 勘 探 成 果, 根 据 图 中 视 电 阻 率 的 变 化, 可 以 地 质 地 层 的 变 化 进 行 分 析 判 定 : 深 度 从 0 ~ 27 m,ρ s 在 15 ~ 80 Ω m 之 间, 对 应 为 覆 盖 层 的 砂 黏 土 层 和 砂 层 ; 深 度 28 ~ 35 m 的 ρ s 在 100 ~ 280 Ω m 之 间, 对 应 为 河 流 一 级 阶 地 的 较 密 实 的 地 层 ; 深 度 38 ~ 52 m 的 ρ s 在 5 ~ 40 Ω m 之 间 根 据 钻 孔 资 料, 已 知 38 m 为 基 岩 面, 基 岩 面 以 下 的 低 阻 带 可 以 判 定 为 溶 洞 这 个 溶 洞 埋 深 34 m, 洞 高 14 m, 宽 15 m, 正 处 在 圆 形 贮 煤 仓 大 量 桩 基 施 工 现 场 的 下 方 [2] 3 井 地 电 法 实 测 的 可 行 性 井 地 电 法 属 于 利 用 钻 孔 对 钻 孔 周 围 进 行 地 质 勘 探 的 一 种 勘 探 装 置 方 式, 由 于 场 地 正 在 施 工 电 性 干 扰 大, 曾 进 行 了 直 流 电 法 和 激 发 极 化 法 测 试, 激 发 极 化 法 受 到 了 较 大 的 电 性 干 扰 影 响 ; 在 二 极 和 三 极 电 法 试 验 中, 三 极 装 置 方 式 优 于 二 极 ; 最 终 选 择 使 用 井 地 电 法 的 直 流 电 法 三 极 装 置 方 式 井 地 电 法 勘 探 测 网 按 照 放 射 状 方 式 布 置 [7-8] 圆 形 贮 煤 仓 场 地 的 覆 盖 层 以 砂 砾 石 砂 和 砂 黏 土 等 组 成, 岩 层 为 砂 岩 和 砾 岩, 实 验 测 试 的 结 果 是 : 含 水 砂 黏 土 的 电 阻 率 值 为 10 ~ 40 Ω m, 砂 和 砂 砾 石 的 电 阻 率 值 为 100 ~ 280 Ω m; 砂 岩 和 砾 岩 的 电 阻 率 值 为 200 ~ 400 Ω m; 溶 洞 的 电 阻 率 值 为 5 ~ 20 Ω m 由 于 有 了 这 些 电 性 差 异, 使 得 覆 盖 层 砂 岩 和 砾 岩 岩 溶 溶 洞 之 间 存 在 一 定 的 电 性 及 介 电 性 差 异, 因 此 具 有 开 展 井 地 电 法 的 勘 探 地 球 物 理 前 提 [5] 井 地 直 流 电 法 通 过 施 测 装 置 方 式 由 浅 入 深 地 图 1 QFW b 5 3 测 线 ρ s 剖 面 在 笔 者 完 成 这 一 测 区 的 数 据 初 步 处 理 之 后, 发 现 了 这 个 较 大 的 溶 洞, 于 是 告 知 施 工 方, 并 建 议 做 溶 洞 处 理 施 工, 不 然, 桩 基 施 工 肯 定 会 出 现 坍 塌 事 故

３期 林希仲 井 地直流电法在岩溶地基探测中的应用 但施工方由于各种原因没有停止施工和处理溶洞 只是小心操作 一星期后发生坍塌事故 桩基施工机 械落入陷坑中 地下水喷出地面约 １ ｍ ６２１ 示的低阻异常 即推断的溶洞大小 以勘探精度的标 准衡量 其精度为 ５ 图 ３ 显示了 Ｄ 测区 １ 号钻孔第 ３ 号测线的井 图 ２ 是 Ｃ 测区 ４ 号钻孔第 １ 号测线的井 地电 地电法勘探成果 可以看到 在埋深 ５７ ｍ 测线 １５ ｍ 处有一个低阻异常 在埋深 ３８ ｍ 测线 １５ ２０ ｍ 处 处的溶洞稍小 洞体高约 ３ ｍ ３０ ｍ 处的溶洞稍大 法勘探成果 可以看到 在埋深 ３６ ｍ 测线 ５ １０ ｍ 有一个低阻异常 这两个低阻异常能够判定是溶洞 洞体高 ２ ｍ 宽 ４ ｍ 虽然该溶洞不会造成坍塌 但 由于在基岩面附近 桩基如果只是放在溶洞的上部 和 ３０ ｍ 处有两个低阻异常 判定为溶洞 其中 １５ ｍ 洞体高约 ４ ｍ 这里的基岩面在 ３６ ｍ 处 溶洞虽然 不会影响桩基的稳定性 但和其他的溶洞联通 对溶 洞的处理有一定的影响 将会降低桩基的承载力 甚至造成下沉 从该图显 图 ２ ＱＦＷ Ｃ ４ １ 测线 ρ ｓ 剖面 图 ３ ＱＦＷ Ｄ １ ３ 测线 ρ ｓ 剖面 图 ４ 为井 地电法的 ２０ 个钻孔和 １３１ 条测线 地层稳定性的过程中 土洞比较大和地层稳定性较 内大体上有 ７ 条岩溶发育带 发育带的走向为北西 主要原因 的工作布置及探测成果平面 探明圆形贮煤仓场地 薄弱的部位就会形成下陷 这就是造成地面坍塌的 向 其中南部和东南部都发育有较大的溶洞 地表 从水流测试和坍塌涌出的水量都能够判定地下 坍塌的东南部 根据视电阻率曲线剖面图判定有土 水有较大的压力和流速 这是热电站场地中岩溶地 洞存在 在施工震动作用下造成了坍塌 下水的普遍特征 之前其他建筑工程存在岩溶灾害 ５ 岩溶地质特征 地质 进行溶洞处理一直没有取得好的效果 就是因 热电站圆形贮煤仓东侧为西江 距离约 ４０ ｍ 从井 地电法勘探的结果来看 圆形贮煤仓的东南 侧都存在较大的溶洞 为查明原因 笔者对地下水流 为不了解这种情况 溶洞灌浆处理的水泥都冲进了 西江 溶洞处理检测没有发现水泥的原因 ６ 验证与处理情况 向做了一个简单的测试 发现地下水是沿岩溶发育 由于热电站场地的岩溶地下水压力大 流速快 带自北西至南东方向流动 从而判定地下水补给地 和向上补给地表水等特点 在岩溶处理上 建议做隔 表水 从井 地电法探测的结果了解到 岩溶发育 水处理 即在岩溶发育带 地下水通道 两端先灌注 带大多在基岩面以下 岩溶地下水在接近河流时 地 速干水泥 以降低水压和截断水流 不让随后灌注的 下水冲破隔水层较薄弱部位 向上涌入河床 这种 水泥冲走 岩溶处理的设计和施工方案以物探成果 向上的地下水在流动的过程中 侵蚀了覆盖层中的 泥土 从而造成了各种土洞 在地表工程施工及破坏 数据为依据 从图 ４ 可以看到圆形贮煤仓测区有 ８ 条岩溶发育带 在岩溶发育带的两端都布置了钻孔

６２２ ４０ 卷 物 探 与 化 探 图 ４ 现场工作布置及勘探成果平面 该 １６ 个钻孔都发现了溶洞 验证了井 地直流电法 阶段中应用 还能够在工程施工中进行地质勘探 在岩溶发育带的部位打钻 灌浆 处理所有的岩溶地 基 为了解建筑工地岩溶处理的情况 又进行了发 目 就如同医学中从普遍的 ｘ 光技术的使用发展到 育带溶洞处理结果验证 钻孔资料显示溶洞已被水 泥充填 以上建筑地基的岩溶地质处理成果也证明 了物探成果的准确性 病变 在探矿中就能仔细地 看到 地下岩溶地质情 成果的准确性 在 １６ 个钻孔中灌注了速干水泥 又 使用井 地电法完成高精度岩溶地质勘探项 ＣＴ 扫描一样 从一般的透视到清晰地显示各种细小 况 过去被认为的一些地质难题能够快速解决 这 一直流电法高清晰勘探技术从而极大地提高了电法 ７ 结论 勘探的能力和拓展了应用领域 虽然 这一新技术 利用井 地电法进行岩溶地质勘探 能够立体 地 较全面地了解复杂的岩溶地质 并通过这种了解 有许多需要完善的地方 希望这一篇文章在发展这 确定探测场地中岩溶发育的普遍规律 从而能够确 定岩溶地质有效的溶洞处理方式 利用井 地电法探明各种地质情况 具有费用 低 快捷 电性干扰小 地层影响小 场地限制小和高 分辨率的特点 本次岩溶地质勘探的效果说明 在 城市地质勘查中 井 地电法不仅能够在地质勘探 在实践中已经能够取得很好的地质勘查效果 但还 一新技术方面能够起到抛砖引玉的作用 参考文献 １ 刘文寰 岩溶地质勘察与灾害防治对策的分析 Ｊ 四川建材 ２０１０ ３６ ３ １０７ １０８ ２ 林希仲 广州市花都区东镜新城一期物探勘察成果报告 Ｒ 广东省工程勘察院实验与物探测试中心 ２０１０

3 期 林 希 仲 : 井 地 直 流 电 法 在 岩 溶 地 基 探 测 中 的 应 用 623 [3] 林 希 仲. 韶 关 市 曲 江 区 乌 石 北 江 特 大 桥 94 95 号 桥 桩 物 探 看 差 成 果 报 告 [R]. 广 东 省 工 程 勘 察 院 实 验 与 物 探 测 试 中 心,2010. [4] 林 希 仲. 佛 山 市 南 海 区 里 水 镇 和 顺 金 山 湾 岩 溶 探 测 项 目 全 方 位 探 测 法 勘 探 成 果 报 告 [R]. 广 东 省 工 程 勘 察 院 实 验 与 物 探 测 试 中 心,2011. [5] 林 希 仲. 国 电 肇 庆 大 旺 热 电 联 产 (2 300MW 级 ) 工 程 圆 形 煤 仓 全 方 位 探 测 法 勘 探 成 果 报 告 [R]. 广 东 省 工 程 勘 察 院 实 验 与 物 探 测 试 中 心,2011. [6] Lin X Z. Function of precise exploration in mine exploration with borehole to surface electrical prospecting [ J]. World of mining, 2015, 67(5): 304-306. [7] 刘 雪 军, 黄 洲, 唐 必 晏, 等. 井 中 一 地 面 电 法 勘 探 技 术 规 程, 2007. [8] 雷 旭 友, 李 正 文, 折 京 平. 超 高 密 度 电 阻 率 法 在 土 洞 煤 窑 采 空 区 和 岩 溶 勘 探 中 应 用 研 究 [J]. 地 球 物 理 学 进 展,2009,24(1): 340 347. [9] 闫 永 利, 陈 本 池, 赵 永 贵, 等. 电 阻 率 层 析 成 像 非 线 性 反 演 [ J]. 地 球 物 理 学 报,2009,52(2):758 764. [10] Lapenna V, Lorenzo P, Perrone A, et al. 2D electrical resistivity imaging of some complex landslides in the Lucanian Apennine chain, southern Italy[ J]. Geophysics, 2005,70(3): 11 18. [11] 傅 良 魁. 电 法 勘 探 教 程 [M]. 北 京 : 地 质 出 版 社,1983. [12] 吴 奇, 汤 井 田, 黄 文 清, 等. 物 探 在 城 市 地 下 溶 洞 探 测 中 的 应 用 [J]. 中 国 农 村 水 利 水 电,2008(4):92 94. [13] Lapenna V, Lorenzo P, Perrone A, et al. 2D electrical resistivity imaging of some complex landslides in the Lucanian Apennine chain, southern Italy[ J].Geophysics, 2005,70(3): B11-B18. [14] 黄 俊 革, 王 家 林, 阮 百 尧. 坑 道 直 流 电 阻 率 法 超 前 探 测 研 究 [J]. 地 球 物 理 学 报,2006,49(5): 1529-1538. The application of borehole to surface electrical prospecting to karst foundation survey LIN Xi Zhong ( Guangzhou Taifeng Geological Environment Advisory Co., Ltd., Guangzhou 510060, China) Abstract: when a precise exploration technology was realized by a borehole-to-surface electrical prospecting as CT scans of medical images, the technological of the geoelectrical resistivity survey had progressed into a high phase of the comprehensive quantitative inter pretation, more geological exploration projects have historically been hard problems to solve, they can be completed. The article de scribes a example of the precise geological exploration about successful application of the surface to borehole electrical resistivity tomo graphy survey, when collapses of karstic geology were occured in the stage of construction, to ascertain complex karstic geologies at a short time, a low cost and high efficiency. so that survey results provides the reliable geological data for the disclosed hidden trouble of karst geologies, the designs of the treatments and the technology of karst foundation treatments. Key words: borehole to surface electrical prospecting; karst exploraation; Improving accuracy 作 者 简 介 : 林 希 仲 (1959-), 男, 副 总 工 程 师 1983 年 毕 业 于 中 南 大 学, 曾 赴 德 国 留 学 现 主 要 从 事 工 程 地 质 勘 查 矿 产 勘 探 寻 找 地 下 水 等 工 作, 发 表 论 文 多 篇 E-mail:linxz266@ 163.com