第43卷第1期物探化探计算技术Vol.43No.1 2021年1月COMPUTING TECHNIQUES FOR GEOPHYSIC A L AND GEOCHEMIC A L EXPLORATION Jan.2021
文章编号：1001-1749(2021)01-0104-04
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）
摘要：土洞是发育在可溶岩上覆土层中的空洞，尤其是对于灰岩等可溶岩地区，分布较为广
泛，易引发地面塌陷，影响工程施工，是工程建筑设施的重要隐患。通过对高密度电法数据进行
处理并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，能有效地对土洞进
行勘查，取得了较好的效果。
关键词：高密度电法；电测深曲线；波速测试；土洞；地面塌陷
中图分类号：P631.3文献标志码：A DOI：10.3969/j.issn.1001-1749.2021.01.14
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［—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1m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1.0m。
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
收稿日期：2019-12-05
第一作者：易强（1988—），男，工程师，主要从事水工环地球物理勘探及基桩检测工作，E-maii： 。
1期
易 强，等：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
105
1Q0
推断土洞发育带
10线 115 130
14$ 1^0
175 U9QL.-205 220 235log ............................................................6W-100 4线 100-
2线115 130
一 样n —杠75 ・
勘察孔
ZK12 /'验证孔YZK1
100 10IS
-100
_
_ _ -_ 线
105 220 235 250器語
2线
-10
-30-50
AB/2
/m
图1 物探推断成果平面图
Fig1 Resultsplanediagramofgeophysical
inferenceresults
110 130 150 170
190
210 230 250
点号/ m
图2 2线高密度电法成果图
Fig2 Resultsofthecondlineofhigh —density
resistivity method
320
240
160
80
填土：平均波速135m/s 粉质粘土（硬塑）：
平均波速261 m/s
粉质粘土（硬塑）: 平均波速267 m/s
中风化灰岩：
平均波速808 m/s
图3 ZK12剪切波速测试成果图
Fig 3 ResultsoftheShearwavevelocity
testresultsinZK12
100 200 300 4Q0 500 600 7。0 800
推断土洞带：平均波速104m/s
推断土洞带：平均波速113 m/s
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［］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）
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⑴（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。
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，呈一-10
-30
-50
AB/2
/m
110 130 150 170 190 210 230 250
点号/m
图4 4线高密度电法成果图
240
Fig4 Resultsofthefourthlineofhigh —density
resistivity method
深度/m 丨柱状图丨0。0
&0一
16.0
19.0
25.0
1Q0 200 300 400 500 600 700 800
1
填土：平均波速138 m/s
\1
1粉质粘土（硬塑）：，平均波速262 m/s
）推断土洞带：平均波速103 m/s
粉质粘土（硬塑）： 平均波速268 m/s
中风化灰岩： 平均波速826m/s
图 5 YZK1 剪 切 波 速 测 试 成 果 图
Fig 5 Resultsoftheshearwavevelocitytest
results in YZK1
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
106物探化探计算技术43卷-10
-30
-50 AB/2 /m
240 110130150170190210230
点号/m
1000图66线高密度电法成果图
Fig6Resultsofthesixthlineofhigh—density
resistivity method 8
・10 cs
A
1000叫
I的/2(m) 10100
6线160号点抽取电测深曲线
图98线162号点抽取电测深曲线
Fig9Theeighthlineinonehundredandsixty —twopointbyextractingtheelectric
soundingcurve
101
10仙/2(m)
100
-10
-30
-50
AB12
/m110130150170190210230
点号/m
320
240
160
80
图76线160号点抽取电测深曲线
Fig7Thesixthlineinonehundredandsixty pointbyextractingtheelectric
soundingcurve
图1010线高密度电法成果图
Fig10Resultsofthetenthlineofhigh—density
resistivity method
1000
-10
-30
-50
AB12
/m110130150170190210230
点号/m
320
240
160
80
10
A A
B
图88线高密度电法成果图
Fig8Resultsoftheeighthlineofhigh—density
resistivity method
为土洞发育。
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10.0m~15.0m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—22m〜36m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110m〜180m。
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12.0m〜20.0m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—25m〜44m段出现拐折并呈相对
I的/2(m儿
10100
图1110线160号点抽取电测深曲线
Fig11Thetenthlineinonehundredandsixty
pointbyextractingtheelectric
soundingcurve
低阻状异常特征，推断为土洞发育，推断埋深为12. 5m〜220m。
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10.0m〜17.5m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—16m〜20m、30m〜40m段出现拐折，推断为土洞发育，推断埋深为&0m〜10.0m 150m〜200m
。
1期易强，等：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107
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〜15.0m，发育深度约为7.5m〜20.0m。
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&3m 〜17.5m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。
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caveisaholedevelopedintheoverlyingsoillayerofthesolublerock Especia l yforthelimestoneandother solublerockareas，itiswidelydistributedandeasytocaugroundco l apanda f ecttheconstructionoftheproject Itisan mportanthiddendangeroftheengineeringconstructionfacilities Althoughtheanalysisandinterpretationofthedataofthe high—densityresistivitymethodbysoundingcurvextractedfromhighdensityelectricaldataandcombiningwiththeborehole wavevelocitytest，thedevelopmentdepthofsoilholescanbequantitativelyanalyzed Thiscane f ectivelyinvestigatethesoil holesandachievegoodresults
Keywords:high一density resistivity method；resistivty sounding curves；wave velocity test；soil cave；surface collap
