玄武岩地区高密度电法物探法的应用

【摘要】通过介绍高密度电法物探技术在玄武岩地区勘察中的具体应用实例，展示了其在查明复杂地基土条件方面的优势，对类似地区工程勘察具有一定的指导意义。

【关键词】高密度电法；玄武岩；工程勘察；应用

1、高密度电法以及应用范围

高密度电法（High-densityResistivityMeth

od）是以地下被探测目标体与周围介质之间的电性差异为基础，人工建立地下稳定直流电场，依据预先布置的若干道电极，采用预定装置排列形式进行扫描观测，研究地下一定范围内的空间电阻率变化，从而查明和研究有关地质问题的一种物探方法。

高密度电法采用电阻率四极对称测深测量法，其工作方法是：首先在地面固定某个测点，通过逐步加大和加密测量供电极距（AB/2）以达到获取地下不同深度位置岩土的视电阻率值，即可查明岩土纵深方向的电性变化情况，然后在完成该测点一定深度范围的数据采集后以一定间距重复另一测点以获取其地下不同深度位置岩土的视电阻率值，通过对比不同测点在不同深度位置的视电阻率值，即可了解岩土层横向的电性变化情况，最后利用专业软件和相关的解释方法进行解释，从而确定岩土层的性质及其发布。本次工作使用重庆奔腾数控技术研究所生产的WGMD-1型高密度电阻率测量仪来进行，采取的测量供电极距AB/2分别为1.5m、2.5m、4.0m、6.0m、8.0m、10.0m、13.0m、16.0m、20.0m、25.0m、30.0m和36.0m，对应的测量极距MN/2为0.5m和1.5m两种，有效探测深度可达20米。根据设计要求，本次工作测区范围为200m×200m，布设的测网密度为4m×10m，共布设了21条探测线，线距10m，测点间距4m（具体见图1）。实际完成了1071个电阻率四极对称测深测点。

现行的国家勘察规范在条文说明中也指出，可以用高密度电法来进行以下工作：①、测定基岩埋深，划分松散沉积层序和基岩风化带；②、探测隐伏断层、破碎带；③、探测地下洞穴；④、测定潜水面深度和含水层分布；⑤、探测地下和水下隐埋物体。高密度电法可以作为常规钻探、触探、标贯等勘察手段的辅助和补充，从而为地基基础设计提供丰富的地下信息，成为岩土工程勘察过程中的一项行之有效的辅助手段。

2、高密度电法物探法玄武岩地区实践实例

海南炼化800万吨/年炼油化工项目，位于海南省洋浦经济开发区西部，西临北部湾，是全国首个建设在第四系玄武岩喷发区的大型炼油化工项目。该项目新增原油罐区由4个原油罐组成，单罐容积10万m3，罐体直径80m，罐高21.8m，油面高20.71m。该项目工程场地岩土工程条件极为复杂，由于第四纪火山活动频繁，多期喷发（分3-4期），形成岩（玄武岩）与土层（残积土与风化带）交替出现的特殊岩土层结构，且每期形成的玄武岩层厚度不大，空间分布不均匀、局部缺失或极破碎、强风化带不均匀和有分布孤石。

考虑到地基土的复杂性，邻近已建成的10万m3原油储罐偏于安全考虑均采用了钻孔灌注桩基础，施工工期长，建设成本高。为缩短工期及降低建设成本，寻求更为合理的地基基础方案，勘察要求重点查清第四系玄武岩的空间分布、场地覆盖层厚度及覆盖层中玄武岩孤石的分布情况，根据勘察场地地基土的特殊性，决定采用钻探、原位测试与高密度电法相结合的综合手段进行勘察。

根据物探解译成果数据绘制成建设场地覆盖层厚度变化的剖面图，再由各个剖面图推演出覆盖层等厚图；物探成果表明本建设场地没有孤石密集区（成片或成堆）分布。通过实际钻探资料对物探点进行验证，精度达到了设计要求。

本次勘察通过采用钻探、原位测试与高密度电法物探相结合的综合勘探方法，基本查清了建设场地第四系玄武岩的空间分布、场地覆盖层厚度及覆盖层中玄武岩孤石分布情况，经综合分析，勘察报告提出了对拟建的4个10万m3原油储罐采用强夯加换土垫层（即先采用强夯处理，再将表层2m厚的土层挖除，换作同厚度的中粗砂垫层）的地基基础方案建议。设计方采纳了勘察报告建议的地基基础方案，采用强夯法对②、③层土进行夯实处理，根据土层不同厚度选用不同的强夯能级，强夯前先将裸露在地表或浅层孤石挖除，进行第一遍夯实，经第一遍夯实后，将再次出露的孤石挖除，进行第二遍夯实，以减小孤石对强夯加固效果的不利影响。强夯结束后，将表层2m厚的土层挖除，换作同厚度的中粗砂垫层。拟建4个10万m3原油储罐采用强夯加换土垫层的地基基础方案，已于2007年底建成投产，运营正常。

该项目通过采用钻探、原位测试与高密度电法物探相结合的综合勘察方法，基本查清了复杂的地基土条件，提出了合理的地基基础方案，缩短建设工期约4个月，并大大降低了建设成本。

工程实践表明，效果较为理想，可为类似项目提供可借鉴的工程勘察经验。

3、工程实例

根据笔者在临高县某区（玄武岩喷发地区）的勘察实例，论述该物探法在玄武岩地区的使用过程以及分析。

拟建工程包括18栋层高29F的住宅楼，12栋层高32F的住宅楼。场地地貌属玄武岩风化剥蚀台地。

3.1场地工程地質条件

本次勘察查明，在勘察所达深度范围内，场地地层为第四系玄武岩残积层（Qel）、第四系中更新统玄武岩（Q2β）、第四系下更新统海相沉积层（Q1m）以及上第三系上新统玄武岩（N2）和第三系上新统海相沉积的粉质粘土（N2）海相沉积层（N2m）组成。自上而下可划分为6个工程地质单元层及2个亚层，其岩性特征分述如下：

第①层含碎石粉质粘土（Qel）：红褐、黄褐色，可塑状，为玄武岩风化残积土，切面稍有光泽，风化不均匀，下部夹少量的风化岩碎块及砾砂，d=2～8cm，次棱角状，局部地段混玄武岩孤石。

第②层强风化玄武岩（Q2β）：黄褐、灰褐色，主要矿物成分为斜长石、橄榄石、辉石及角闪石等组成，隐晶结构，气孔状构造，岩体极破碎，节理、裂隙极发育，风化物充填，用手可折断，干钻难以钻进，锤击声哑，岩芯呈碎块或碎石状，块径多为2～9cm，RQD=0。

第③层中等风化玄武岩（Q2β）：深灰、灰黑色，主要矿物成分为斜长石、橄榄石、辉石及角闪石等组成，隐晶质结构，气孔状～致密状构造，呈无规律鸡窝状分布，强度不均匀，局部裂隙发育，锤击声较清脆，岩芯较完整，呈短柱～长柱状，长度为5～125cm，RQD=20～75。

第④层粉砂（Q 1m）：深灰、灰色，饱和，中密状，局部密实状，以粉砂为主、次为中砂、细砂，颗粒成分为石英质，亚圆形，含贝壳碎屑，级配不良，细粒土约20～30%。

第⑤层中等风化玄武岩（N2β）：深灰、灰黑色，主要矿物成分为斜长石、橄（ 下转173页）（上接171页）榄石、辉石及角闪石等组成，隐晶质结构，气孔状～致密状构造，呈无规律鸡窝造分布，锤击声较清脆，岩芯较完整，呈短柱～长柱状，长度为20～80cm，RQD=50～70。

第⑥层粘土（N2）：灰色，黄色，可～硬塑状，切面有光泽，具水平层理，局部夹薄层砂。该层在整个场地均有分布。

本场地内存在两层中风化玄武岩（较硬岩），由于该地段火山岩成岩时间差距较大，且火山岩喷发形状难于明确，且拟建工程为超过32层的超高层建筑，基础的地基持力层选择非常重要。

根据钻孔手段的勘察结果，场区内局部地段第③层中风化玄武岩的层面连线成倾斜状，难于确定该层的确定深度，加密钻孔进行勘察，成本增加较大，经研究分析后，采用了高密度电法物探法进行探查。

3.2试验结果分析评价及应用

通过对外业获得的测深视电阻率数据进行专业处理、成图解释，利用先进的二维反演软件进行多次迭加求导等数据处理分析方法，并结合场地的钻探资料对比分析，计算出每个测点处的覆盖土层的厚度、基岩顶板的埋深及是否有孤石密集区分布。

结论：

海南岛北部湾、琼北地区由于第四系火山活动频繁（分3-4期），玄武岩喷发区，玄武岩多期喷发，形成岩（玄武岩）与土层（残积土与风化带）交替出现的特殊岩土层结构，造成场地岩土工程条件极为复杂，依靠传统的勘察手段，很难全面查清场地特殊的工程地质条件，而高密度电法物探技术恰好能填补钻探在这方面的不足，从而提高了勘察成果质量。因此，只有根据场地岩土条件的特殊性，采取适宜的综合勘察手段，优势互补，各取所长，才能提高岩土工程勘察水平。

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作者简介：

苏文存，三亚水文地质工程地质勘察院，海南三亚。