摘 要：灰?guī)r分布區(qū)巖溶發(fā)育易引發(fā)地面塌陷．是地質(zhì)災(zāi)害及路、橋、建筑物等工程設(shè)施的主要隱患。高密度電法是近些年引入的物探方法，廣泛應(yīng)用于災(zāi)害地質(zhì)調(diào)查及工程勘察中。在灰?guī)r分布區(qū)應(yīng)用高密度電法勘察第四系土洞、灰?guī)r巖溶、斷裂發(fā)育等，能取得較好的地質(zhì)效果。 關(guān)鍵詞：灰?guī)r 高密度電法 土洞 巖溶 斷裂 前言 灰?guī)r是一種較為特殊的巖石，作為可溶性碳酸鹽巖的灰?guī)r分布區(qū)，通常發(fā)育溶溝、溶槽等溶蝕帶以及溶洞，甚至引起上覆第四系內(nèi)部土洞發(fā)育?；?guī)r地區(qū)巖溶、土洞發(fā)育的地段，在礦井排水、大量開采地下水等引起地下水動力條件改變或機(jī)械振動等因素誘發(fā)下常發(fā)生地面塌陷等地質(zhì)災(zāi)害。1998、1999年紅都瑞金沙洲壩地區(qū)頻繁發(fā)生地面塌陷，導(dǎo)致中央政治局舊址部分陷塌，就是當(dāng)?shù)囟鄠€養(yǎng)鰻場大量開采地下水而引發(fā)的巖溶塌陷；2002年5月，清萍104km處發(fā)生的路面塌陷，是由于灰?guī)r溶蝕而引起上覆第四系土洞發(fā)育，在行駛車輛振動下而引發(fā)的。 灰?guī)r區(qū)的巖溶等不良地質(zhì)體的發(fā)育具一定的規(guī)律性，但在較小范圍的特定區(qū)內(nèi)，其出現(xiàn)有著隨機(jī)性，鉆探勘查僅提供點上資料，也具有一定的隨機(jī)性，要詳細(xì)查明區(qū)內(nèi)巖溶等地質(zhì)體縱、橫向發(fā)育情況，僅靠鉆探方法投入較大，也難以達(dá)到理想的效果。 在巖溶塌陷頻發(fā)區(qū)進(jìn)行區(qū)域性災(zāi)害地質(zhì)調(diào)查，查明巖溶塌陷的分布規(guī)律與塌陷的誘發(fā)因素，是災(zāi)害治理的前提，可為城鎮(zhèn)發(fā)展規(guī)劃及地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供有價值的基礎(chǔ)地質(zhì)資料。在灰?guī)r分布區(qū)進(jìn)行橋梁、高速公路等基礎(chǔ)施施工時，巖溶、土洞的發(fā)育會引發(fā)塌陷而影響工程施工甚至造成設(shè)備損失或人員傷亡。因此，在勘察設(shè)計階段，需查明區(qū)內(nèi)巖溶、土洞等地質(zhì)體的發(fā)育情況，并進(jìn)行相應(yīng)的處理。 物探方法是巖溶地質(zhì)調(diào)查的重要手段，通過物探方法可以獲得灰?guī)r分布區(qū)巖溶等不良地質(zhì)體的縱、橫向發(fā)育及展布的資料。物探工作在巖溶勘察中的主要任務(wù)是查明區(qū)內(nèi)第四系內(nèi)部土洞發(fā)育情況、灰?guī)r埋深、灰?guī)r分布范圍、巖溶及可能與灰?guī)r巖溶發(fā)育有關(guān)的斷裂發(fā)育情況。高密度電法近年來發(fā)展起來的物探方法，廣泛應(yīng)用于區(qū)域性巖溶災(zāi)害調(diào)查及工程勘察中。 1 灰?guī)r區(qū)電性特征簡析 第四系松散地層電阻率值一般為n×10Ω•m，砂、卵石成分較高時可達(dá)n×l02Ω•m，灰?guī)r的電阻率值較高，一般達(dá)n×l02～n×l03Ω•m。灰?guī)r與第四系地層的電阻率存在明顯差異。第四系內(nèi)部土洞發(fā)育時，將形成相對高阻異常。灰?guī)r內(nèi)部發(fā)育的巖溶通常充填低電阻率的充填物而形成相對低阻異常。斷裂帶位置易形成溶蝕，而使得斷裂帶與上、下盤圍巖通常存在電性差異。因此，在灰?guī)r分布區(qū)具備應(yīng)用高密度電法了解灰?guī)r埋深、分布范圍、查明土洞、巖溶、斷裂發(fā)育情況的地球物理前提。 2 高密度電法工作原理 高密度電法屬直流電阻率法，測量結(jié)果為二維視電阻率斷面。高密度電法具有點距小、數(shù)據(jù)密度大、工作效率高的特點，能較直觀、準(zhǔn)確地反映地下電性異常體的形態(tài)。其工作流程見圖1。 高密度電法野外數(shù)據(jù)采集是確定采集參數(shù)后，通過主機(jī)控制多路電極轉(zhuǎn)換器經(jīng)由電極系形成供電、測量的數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集完成后，通過通訊程序?qū)⒃紨?shù)據(jù)傳入計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、地形校正、二維反演后輸出二維地電斷面圖即完成整個采集與處理全過程。 3 高密度電法在巖溶勘察中的應(yīng)用實例 我們引入高密度電法以來，先后在贛北的九江、贛南贛州市、贛西的宜春市、新余市、湖南等巖溶地區(qū)進(jìn)行高密度電法工作，獲得了一些較好的資料。下面簡單介紹幾段實測斷面。 3．1 確定灰?guī)r埋深及第四系土洞發(fā)育情況 高密度電法測量結(jié)果為二維電阻率斷面，由于第四系與灰?guī)r之間是個差異極大的電性界面，高密度斷面中測量結(jié)果開始反映灰?guī)r電性時，視電阻率值快速上升，等值線變密。這是判別基巖面埋深的重要標(biāo)志。在高密度測量斷面中，低電性的第四系內(nèi)部出現(xiàn)相對高阻異常圈閉，往往是第四系內(nèi)部土洞發(fā)育的判別標(biāo)志。 2002年5月，清萍公路104km附近的灰?guī)r分布區(qū)發(fā)生一處路面塌陷，塌陷中心位于公路中央，塌陷范圍約30m2，陷坑深約4m。圖2是布置于塌陷陷坑旁側(cè)的高密度電法溫納裝置測量斷面，90樁號對應(yīng)陷坑中心位置。斷面顯示：塌陷位置灰?guī)r埋深約為18m，第四系內(nèi)部出現(xiàn)3處高阻異常圈閉。根據(jù)區(qū)內(nèi)地質(zhì)及高密度斷面測量結(jié)果分析：塌陷為第四系內(nèi)部土洞所致；90樁號正下方的高阻異常是引起塌陷的土洞反映，大樁號方向相應(yīng)深度另有兩處土洞發(fā)育，其中102樁號下方異常規(guī)模較大，推斷土洞發(fā)育深度為5～8m，灰?guī)r面深21m。 3．2 查明巖溶及斷裂的發(fā)育情況 湖南常張高速公路甘堰段為灰?guī)r分布區(qū)，該區(qū)巖溶發(fā)育。圖3是1線試驗段高密度電法剖面，斷面走向為SN向，斷面中灰?guī)r內(nèi)部有2處規(guī)模較大的低阻異常帶。斷面西側(cè)有一溶溝出露，此溶溝長約50 m，深達(dá)10余m，東西向展布，距測線100 m處為第四系覆蓋。按其走向推斷，此溶溝經(jīng)斷面200樁號位置。斷面200—220樁號的低阻異常帶，應(yīng)是此溶溝的異常反映，斷面中140樁號下部的低阻異常帶是較大規(guī)模的充填型巖溶的異常反映。 在灰?guī)r地區(qū)，巖溶發(fā)育往往與基巖斷裂關(guān)系密切。查明基巖斷裂，是研究巖溶發(fā)育與分布規(guī)律前提之一。圖4是江西宜春市區(qū)巖溶災(zāi)害調(diào)查5線某段高密度電法測量斷面。斷面200樁號為界，大樁號基巖表現(xiàn)為低阻，為二疊系小江邊組碳質(zhì)頁巖；往小樁號基巖表現(xiàn)為高阻，是灰?guī)r電性的反映。120樁號位置，灰?guī)r內(nèi)部有一低阻異常帶存在，綜合區(qū)內(nèi)地質(zhì)資料推斷，此異常帶應(yīng)為二疊系獅子形組灰?guī)r與石炭系黃龍組灰?guī)r的斷裂接觸帶。在120樁號布置了驗證鉆孔，鉆探結(jié)果：12.2～19m為充填型巖溶；19～21.5m為石炭系黃龍組灰?guī)r；21.5～33m為斷層角礫巖；33～60 m為下二疊系獅子形組灰?guī)r。 3．3 確定灰?guī)r的分布區(qū)域 灰?guī)r分布區(qū)才是巖溶塌陷災(zāi)害的易發(fā)區(qū)，因此，在隱伏基巖區(qū)確定灰?guī)r的分布范圍，也是巖溶勘察主要工作內(nèi)容。非可溶巖的電阻率值與灰?guī)r有明顯差異時，應(yīng)用高密度電法確定灰?guī)r的分布區(qū)域也能取得很好的效果。 宜春市區(qū)分布的非可溶巖為電阻率值較低的二疊系小江邊組碳質(zhì)頁巖。圖5中800樁號處反映兩邊基巖電性差異較大，由此確定非可溶的碳質(zhì)頁巖與灰?guī)r的界線。 贛南某水泥廠初選廠址下伏基巖分布有溶蝕發(fā)育的二疊系灰?guī)r與白堅系紅砂巖，必須查明灰?guī)r及紅砂巖的分布范圍，以便承重要求較高的窯頭窯尾的設(shè)計。圖6是該區(qū)某段高密度電法測量斷面，斷面中180樁號兩側(cè)基巖表現(xiàn)出明顯的電性差異，小樁號段為高阻灰?guī)r的電性反映，大樁號段為低阻紅砂巖的電性反映。 4 結(jié)論 高密度電法兼具剖面法和測深的功能，具點距小、數(shù)據(jù)采集密度大的特點，能較直觀、形象地反映斷面電性異常體的形態(tài)、產(chǎn)狀等。在灰?guī)r分布區(qū)應(yīng)用高密度電法了解第四系土洞發(fā)育、灰?guī)r巖溶、斷裂發(fā)育情況以及確定灰?guī)r的分布情況，能取得較好的地質(zhì)效果。高密度電法斷面結(jié)果反映的是灰?guī)r與上覆第四系地層的平均電性反映，當(dāng)灰?guī)r表面溶蝕發(fā)育而呈鋸齒狀時，斷面測量資料能反映灰?guī)r面總體起伏狀況。地形起伏地段的斷面實測結(jié)果，應(yīng)進(jìn)行二維地形校正，以消除地形影響，使測量斷面與實際斷面更接近。 探地雷達(dá)、淺震法也是巖溶勘察的有效物探方法。灰?guī)r分布區(qū)，地形、地質(zhì)情況相對復(fù)雜，各種物探方法都受一定條件限制，如高密度電法要求接地條件較好并有一定的排列展布長度，因此，在城區(qū)等一些地形、地物條件相對復(fù)雜的地區(qū)進(jìn)行巖溶物探勘察時，應(yīng)進(jìn)行綜合物探勘察，利用不同方法對不同的地形、地物、地質(zhì)條件適用性，盡可能多地獲取物探資料進(jìn)行綜合解釋，便能取得理想的勘察效果。