摘 要：灰巖分布區巖溶發育易引發地面塌陷．是地質災害及路、橋、建筑物等工程設施的主要隱患。高密度電法是近些年引入的物探方法，廣泛應用于災害地質調查及工程勘察中。在灰巖分布區應用高密度電法勘察第四系土洞、灰巖巖溶、斷裂發育等，能取得較好的地質效果。 關鍵詞：灰巖 高密度電法 土洞 巖溶 斷裂 前言 灰巖是一種較為特殊的巖石，作為可溶性碳酸鹽巖的灰巖分布區，通常發育溶溝、溶槽等溶蝕帶以及溶洞，甚至引起上覆第四系內部土洞發育。灰巖地區巖溶、土洞發育的地段，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械振動等因素誘發下常發生地面塌陷等地質災害。1998、1999年紅都瑞金沙洲壩地區頻繁發生地面塌陷，導致中央政治局舊址部分陷塌，就是當地多個養鰻場大量開采地下水而引發的巖溶塌陷；2002年5月，清萍104km處發生的路面塌陷，是由于灰巖溶蝕而引起上覆第四系土洞發育，在行駛車輛振動下而引發的。 灰巖區的巖溶等不良地質體的發育具一定的規律性，但在較小范圍的特定區內，其出現有著隨機性，鉆探勘查僅提供點上資料，也具有一定的隨機性，要詳細查明區內巖溶等地質體縱、橫向發育情況，僅靠鉆探方法投入較大，也難以達到理想的效果。 在巖溶塌陷頻發區進行區域性災害地質調查，查明巖溶塌陷的分布規律與塌陷的誘發因素，是災害治理的前提，可為城鎮發展規劃及地方經濟發展提供有價值的基礎地質資料。在灰巖分布區進行橋梁、高速公路等基礎施施工時，巖溶、土洞的發育會引發塌陷而影響工程施工甚至造成設備損失或人員傷亡。因此，在勘察設計階段，需查明區內巖溶、土洞等地質體的發育情況，并進行相應的處理。 物探方法是巖溶地質調查的重要手段，通過物探方法可以獲得灰巖分布區巖溶等不良地質體的縱、橫向發育及展布的資料。物探工作在巖溶勘察中的主要任務是查明區內第四系內部土洞發育情況、灰巖埋深、灰巖分布范圍、巖溶及可能與灰巖巖溶發育有關的斷裂發育情況。高密度電法近年來發展起來的物探方法，廣泛應用于區域性巖溶災害調查及工程勘察中。 1 灰巖區電性特征簡析 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n×l02Ω•m，灰巖的電阻率值較高，一般達n×l02～n×l03Ω•m。灰巖與第四系地層的電阻率存在明顯差異。第四系內部土洞發育時，將形成相對高阻異常。灰巖內部發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，在灰巖分布區具備應用高密度電法了解灰巖埋深、分布范圍、查明土洞、巖溶、斷裂發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，測量結果為二維視電阻率斷面。高密度電法具有點距小、數據密度大、工作效率高的特點，能較直觀、準確地反映地下電性異常體的形態。其工作流程見圖1。 高密度電法野外數據采集是確定采集參數后，通過主機控制多路電極轉換器經由電極系形成供電、測量的數據自動采集系統。數據采集完成后，通過通訊程序將原始數據傳入計算機進行數據轉換、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、湖南等巖溶地區進行高密度電法工作，獲得了一些較好的資料。下面簡單介紹幾段實測斷面。 3．1 確定灰巖埋深及第四系土洞發育情況 高密度電法測量結果為二維電阻率斷面，由于第四系與灰巖之間是個差異極大的電性界面，高密度斷面中測量結果開始反映灰巖電性時，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志。在高密度測量斷面中，低電性的第四系內部出現相對高阻異常圈閉，往往是第四系內部土洞發育的判別標志。 2002年5月，清萍公路104km附近的灰巖分布區發生一處路面塌陷，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的高密度電法溫納裝置測量斷面，90樁號對應陷坑中心位置。斷面顯示：塌陷位置灰巖埋深約為18m，第四系內部出現3處高阻異常圈閉。根據區內地質及高密度斷面測量結果分析：塌陷為第四系內部土洞所致；90樁號正下方的高阻異常是引起塌陷的土洞反映，大樁號方向相應深度另有兩處土洞發育，其中102樁號下方異常規模較大，推斷土洞發育深度為5～8m，灰巖面深21m。 3．2 查明巖溶及斷裂的發育情況 湖南常張高速公路甘堰段為灰巖分布區，該區巖溶發育。圖3是1線試驗段高密度電法剖面，斷面走向為SN向，斷面中灰巖內部有2處規模較大的低阻異常帶。斷面西側有一溶溝出露，此溶溝長約50 m，深達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，此溶溝經斷面200樁號位置。斷面200—220樁號的低阻異常帶，應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模的充填型巖溶的異常反映。 在灰巖地區，巖溶發育往往與基巖斷裂關系密切。查明基巖斷裂，是研究巖溶發育與分布規律前提之一。圖4是江西宜春市區巖溶災害調查5線某段高密度電法測量斷面。斷面200樁號為界，大樁號基巖表現為低阻，為二疊系小江邊組碳質頁巖；往小樁號基巖表現為高阻，是灰巖電性的反映。120樁號位置，灰巖內部有一低阻異常帶存在，綜合區內地質資料推斷，此異常帶應為二疊系獅子形組灰巖與石炭系黃龍組灰巖的斷裂接觸帶。在120樁號布置了驗證鉆孔，鉆探結果：12.2～19m為充填型巖溶；19～21.5m為石炭系黃龍組灰巖；21.5～33m為斷層角礫巖；33～60 m為下二疊系獅子形組灰巖。 3．3 確定灰巖的分布區域 灰巖分布區才是巖溶塌陷災害的易發區，因此，在隱伏基巖區確定灰巖的分布范圍，也是巖溶勘察主要工作內容。非可溶巖的電阻率值與灰巖有明顯差異時，應用高密度電法確定灰巖的分布區域也能取得很好的效果。 宜春市區分布的非可溶巖為電阻率值較低的二疊系小江邊組碳質頁巖。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頁巖與灰巖的界線。 贛南某水泥廠初選廠址下伏基巖分布有溶蝕發育的二疊系灰巖與白堅系紅砂巖，必須查明灰巖及紅砂巖的分布范圍，以便承重要求較高的窯頭窯尾的設計。圖6是該區某段高密度電法測量斷面，斷面中180樁號兩側基巖表現出明顯的電性差異，小樁號段為高阻灰巖的電性反映，大樁號段為低阻紅砂巖的電性反映。 4 結論 高密度電法兼具剖面法和測深的功能，具點距小、數據采集密度大的特點，能較直觀、形象地反映斷面電性異常體的形態、產狀等。在灰巖分布區應用高密度電法了解第四系土洞發育、灰巖巖溶、斷裂發育情況以及確定灰巖的分布情況，能取得較好的地質效果。高密度電法斷面結果反映的是灰巖與上覆第四系地層的平均電性反映，當灰巖表面溶蝕發育而呈鋸齒狀時，斷面測量資料能反映灰巖面總體起伏狀況。地形起伏地段的斷面實測結果，應進行二維地形校正，以消除地形影響，使測量斷面與實際斷面更接近。 探地雷達、淺震法也是巖溶勘察的有效物探方法。灰巖分布區，地形、地質情況相對復雜，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，在城區等一些地形、地物條件相對復雜的地區進行巖溶物探勘察時，應進行綜合物探勘察，利用不同方法對不同的地形、地物、地質條件適用性，盡可能多地獲取物探資料進行綜合解釋，便能取得理想的勘察效果。