高密度电法数据处理结合钻孔波速测试在土洞发育区的应用实例

易 强,李望明,景营利,帅 焕,卞兆津

(湖南省地质矿产勘查开发局 四一六队,株洲 412003)

0 引言

湖南省醴陵市某陶瓷有限公司棚户区建设改造项目，地形平坦，场地较为开阔，在项目勘查过程中，发现有土洞存在，易引发地面塌陷[1]，影响工程施工。为了进一步查明土洞的发育程度和分布范围，进行了工程地球物理勘探[2-3]。

这里即是综合利用高密度电法数据处理并抽取电测深曲线[4]及结合钻孔波速测试[5],对土洞发育深度进行定量分析的一应用工程实例。

1 高密度电法数据中抽取电测深曲线

利用高密度电法数据进行分析，从高密度电法数据中通过专业制图软件surfer中自带的切片功能，抽取电测深曲线：首先建立一个“.bln”格式的切片文件，切片文件内容为两列，第一列为测深点号，第二列为测深点的AB/2，并从小到大按序排列；其次将高密度数据网格化，将刚形成的切片文件输入，并输出.dat文件，抽取的测深数据即在输出的.dat文件中；最后将输出的.dat文件用Grapher软件绘制电测深曲线。

根据电法原理可知，电测深曲线的拐、折点或平台异常与土洞发育也具有对应相关关系，利用这些特点可划分出，仅通过高密度电法视电阻率拟断面图难以圈定的多层土洞或溶洞发育或洞高较小的土洞。

2 钻孔剪切波速测试数据分析

钻孔剪切波速测试是一种孔内物探方法，通过测试覆盖层厚度来划分建筑场地类别。工作时将悬挂式探头(振源和检波器)放入孔中，用孔中的泥浆液作为震源和检波器与井壁耦合介质，震源为水平激振(垂直井壁)激发产生S波，S波沿井壁地层传播，由两个相距1 m的检波器接收沿井壁传播的S波振动信号并把S波的振动信号转换成电信号，通过电缆由主机记录显示存储，主机对信号进行数据处理后采用两道互相关分析方法，自动计算S波在两道检波器间传播的时间差，从而计算出两道间的S波传播速度，测试顺序自下而上逐点进行，测点深度间隔1.0 m。

笔者通过在勘察孔及验证孔中进行波速测试，对土层剪切波速数据进行处理成图，由于存在土洞区的土层波速值明显低于完整土层，据此可分析推断土洞的发育情况，圈定土洞的范围。

3 工程实例应用效果

根据工作区场地地层及已知土洞洞穴的走向方向，结合现场场地的实际情况，本次布设物探测线5条：2线、4线、6线、8线、10线，走向为东西向。高密度电法：布设 60根电极，点距为3 m，线距为6.5 m，采用温纳装置[6]进行采样，采样层数为17层，探测深度约为AB/4。钻孔剪切波速：点距为1.0 m，异常区加密为0.50 m，测试孔号为勘察孔ZK12，验证孔YZK1(图1)。

图1 物探推断成果平面图Fig.1 Results plane diagram of geophysical inference results

1)2线：根据高密度电法成果图(图2)分析，在点号150段～160段，视电阻率等值线不连续，呈一低阻条带型或“V”字型异常特征，结合前期地勘资料，土洞充填地下水，为低阻反映，推断为土洞发育，探测深度为AB/4，但其顶底板发育深度较为模糊，因为整个异常段均为低阻条带状，无法准确判断；而根据勘察孔ZK12(孔位在物探2线150号点位置)钻孔剪切波速测试成果图[7](图3)分析，在7.0 m～11.0 m、16.0 m～21.0 m平均剪切波速值为104 m/s，明显偏低，推断为土洞发育。而高密度电法成果图中物探异常均为低阻区，等值线稀疏，未能较好地反映浅部土洞发育，剪切波速测试相比高密度电法，拥有可人为加密测点的优势，故能准确地反映出土洞埋深。

图2 2线高密度电法成果图Fig.2 Results of the second line of high-density resistivity method

图3 ZK12剪切波速测试成果图Fig.3 Results of the Shear wave velocity test results in ZK12

2)4线：根据高密度电法成果图(图4)分析，在点号155段～165段，视电阻率等值线不连续，呈一低阻条带型或“V”字型异常特征，推断为土洞发育，其顶底板距地表发育深度约为7.50 m～15.0 m左右；根据验证孔YZK1(孔位在物探4线160号点)钻孔剪切波速测试成果图(图5)分析，在7.0 m～16.0 m平均剪切波速值为103 m/s明显偏低，推断为土洞发育。

图4 4线高密度电法成果图Fig.4 Results of the fourth line of high-density resistivity method

图5 YZK1剪切波速测试成果图Fig.5 Results of the shear wave velocity test results in YZK1

3)6线：根据高密度电法成果图(图6)分析，在点号150段～165段，视电阻率等值线不连续，呈一低阻封闭圈异常特征，推断为土洞发育，其顶底板距地表发育深度约为10.0 m～15.0 m左右；根据从6线160号点抽取电测深曲线(图7)可知，视电阻率曲线在AB/2=22 m～36 m段呈相对低阻平台状异常特征，推断为土洞发育，推断埋深为11.0 m～18.0 m。

图6 6线高密度电法成果图Fig.6 Results of the sixth line of high-density resistivity method

图7 6线160号点抽取电测深曲线Fig.7 The sixth line in one hundred and sixty point by extracting the electric sounding curve

4)8线：根据高密度电法成果图(图8)分析，在点号155段～165段，视电阻率等值线不连续，呈一低阻封闭圈异常特征，推断为土洞发育，其顶底板距地表发育深度约为12.0 m～20.0 m左右；根据从8线162号点抽取电测深曲线(图9)可知，视电阻率曲线在AB/2=25 m～44 m段出现拐折并呈相对低阻状异常特征，推断为土洞发育，推断埋深为12.5 m～22.0 m。

图8 8线高密度电法成果图Fig.8 Results of the eighth line of high-density resistivity method

图9 8线162号点抽取电测深曲线Fig.9 The eighth line in one hundred and sixty-two point by extracting the electric sounding curve

5)10线：根据高密度电法成果图(图10)分析，在点号150段～165段，视电阻率等值线不连续，呈一低阻“V”字型异常特征，推断为土洞发育，其距地表发育深度约为10.0 m～17.5 m左右；根据从10线160号点抽取电测深曲线(图11)可知，视电阻率曲线在AB/2=16 m～20 m、30 m～40 m段出现拐折，推断为土洞发育，推断埋深为8.0 m～10.0 m、15.0 m～20.0 m。

图10 10线高密度电法成果图Fig.10 Results of the tenth line of high-density resistivity method

图11 10线160号点抽取电测深曲线Fig.11 The tenth line in one hundred and sixty point by extracting the electric sounding curve

根据上述2线、4线、6线、8线、10线异常位置连线，推断了一条土洞发育带，发育宽度约为10.0 m～15.0 m，发育深度约为7.5 m～20.0 m。

经此次工程物探后，在4线160号点位置布设了一个验证孔YZK1，根据钻孔资料显示在8.3 m～17.5 m发现土洞，充填物为流塑状黏性土，钻进速度极快，与物探异常位置基本吻合。

4 结论

笔者通过综合利用高密度电法数据处理，从高密度电法数据中抽取电测深曲线及结合钻孔波速测试，对土洞发育深度进行定量分析，能很好地探测出土洞的空间位置及分布范围，可划分出仅通过高密度电法视电阻率拟断面图难以圈定的多层土洞或溶洞发育或洞高较小的土洞，并经钻探验证后，证明了本文方法及对物探数据综合分析处理在土洞勘查及类似工程地质勘查[8]中的高效性、准确性。