文档介绍：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: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:高密度电阻率探测土(溶)洞
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
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
1、地质概况
A、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、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、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60~200Ωm之间,完整的微风化灰岩电阻率极高,一般在500~700Ωm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:
①、土洞为空洞,无任何充填物。
②、胶结较好且较干燥的粘土或粉质粘土。
③、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:
①、流塑状、可塑状或湿润的粘土或粉质粘土。
②、砾砂、粗砂或中细砂。
③、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Ω·m,当为高阻时,其电阻率可高达数百Ω·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
1、封闭型异常
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200Ωm,但在测线B=6060附近,出现视电阻率小于200Ωm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
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 高阻张口型异常示意图
纵座标为16—25米左右等值线出现明显的唇形扭曲,视电阻率约在220—240Ωm。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
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,,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、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,,,其下依次为粘土、粗砂、砾砂、粉质