高密度電阻率法在建筑渣土填埋范圍勘察中的應(yīng)用

李志剛

（河北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院集團(tuán)有限公司，天津 300220）

滹沱河河道因受季節(jié)性降水的影響，其流量變化較大，除汛期外，河床多年以來(lái)都處于干涸狀態(tài)，河床高程由100 m 左右向東逐漸降低至整治段終點(diǎn)的46 m左右，其高程變化較大，河床兩側(cè)不對(duì)稱(chēng)發(fā)育一、二級(jí)階地，這些造成建筑渣土到處填埋或堆放。

建筑渣土是建筑垃圾的一種， 而建筑垃圾是建設(shè)、施工單位或個(gè)人對(duì)各類(lèi)建筑物、構(gòu)筑物、管網(wǎng)等進(jìn)行建設(shè)、鋪設(shè)或拆除、修繕過(guò)程中所產(chǎn)生的建筑渣土、棄料、淤泥及其他廢棄物，堆放在深坑、河道中，導(dǎo)致河道生態(tài)系統(tǒng)受到危害。

1 工程及地球物理概況

石家莊市滹沱河生態(tài)修復(fù)三期工程， 起點(diǎn)位于黃壁莊正常溢洪道襯砌末端， 終點(diǎn)止于南水北調(diào)倒虹吸，涉及靈壽、鹿泉、正定3 個(gè)縣（區(qū)），這一河段河道防洪標(biāo)準(zhǔn)為50 年一遇， 主河槽治理標(biāo)準(zhǔn)為10 年一遇。2019 年年底之前， 本段河道主槽寬度約260～1700 m，京贊公路以上河段常年有水。京昆高速以下河床起伏大、地形復(fù)雜。按10 年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)對(duì)主河槽進(jìn)行治理， 將本段河道行洪、 蓄洪功能進(jìn)行提升，現(xiàn)狀10 年淹沒(méi)范圍約2234 萬(wàn)m2。

滹沱河由崗南水庫(kù)至靈壽段， 河流走向總體自西向東；靈壽至正定段變?yōu)樽晕鞅毕驏|南，經(jīng)正定后又變?yōu)榻鼥|西向。滹沱河是典型的季節(jié)性河流，水源主要來(lái)自于大氣降水，流量變化受氣候影響極大，除汛期外，河床基本呈干涸狀態(tài)。本期前期踏勘發(fā)現(xiàn)：除黃壁莊水庫(kù)下游濕地存在地表水以外， 其他位置均是局部砂坑存在地表水。 地下水類(lèi)型主要為第四系孔隙潛水，埋藏于砂、卵礫石層中。由于崗南、黃壁莊水庫(kù)的修建，控制了河流上游地表水的補(bǔ)給來(lái)源，水庫(kù)下游河床長(zhǎng)期干涸， 地下水主要靠大氣降水及河水滲透補(bǔ)給。

將本段河道行洪、蓄洪功能進(jìn)行提升。適當(dāng)將主槽拓寬，恢復(fù)河流的縱向連續(xù)性和橫向連通性。通過(guò)護(hù)灘、護(hù)岸措施（植草或其他生態(tài)護(hù)坡），保證其岸邊土地開(kāi)發(fā)利用。

依據(jù)地質(zhì)和鉆探資料， 建筑渣土成分多以混凝土塊、磚塊等建筑垃圾為主，壤土填充，局部夾塑料布、布條等生活垃圾，周?chē)橘|(zhì)主要以砂和卵礫石為主，其電阻率值較高，因此高密度電法可通過(guò)查找地下介質(zhì)的電阻率差異，尋找“低阻”異常，作為建筑渣土異常的重要物性標(biāo)志。 巖土介質(zhì)電阻率特征值如表1，為高密度電法對(duì)建筑渣土填埋范圍的勘探提供依據(jù)。

表1 巖土介質(zhì)電阻率特征值

2 高密度電阻率法

高密度電阻率法是地球物理勘探方法之一，在一條測(cè)線(xiàn)上布多個(gè)電極， 通過(guò)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行各種極距的采集，儀器數(shù)據(jù)處理后形成的電阻率剖面，形成電阻率等值線(xiàn)圖，直觀反應(yīng)地層介質(zhì)的變化。從主要調(diào)查對(duì)象的數(shù)據(jù)處理和成圖考察，更具有電剖面屬性。高密度電法測(cè)量系統(tǒng)是通過(guò)高密度儀器和轉(zhuǎn)化器，將電極連接在同一電纜上， 完成橫向和豎向電測(cè)深測(cè)點(diǎn)的采集，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的組合完成勘探剖面，從而實(shí)現(xiàn)了逐點(diǎn)和逐層探測(cè)，具有時(shí)效性、便捷性和全自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)。

數(shù)據(jù)處理應(yīng)用G3RTomo5.0 高密度軟件，先將存儲(chǔ)數(shù)據(jù)調(diào)入圖象處理軟件后，再進(jìn)行數(shù)據(jù)網(wǎng)格化，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、預(yù)處理（地形矯正）、二維反演最終解釋成圖。從數(shù)據(jù)采集到軟件處理過(guò)程如圖1。剖面解釋成果圖上，不同電阻率數(shù)值采用不同顏色表示，不同顏色表示不同電阻率的大小。 根據(jù)顏色深淺可看到測(cè)線(xiàn)下方不同平面位置處、 不同深度的電阻率分布特征，再依據(jù)地質(zhì)情況，就可對(duì)該圖反映的建筑渣土填埋體進(jìn)行地質(zhì)解釋。

圖1 高密度電法數(shù)據(jù)采集及處理流程

3 儀器參數(shù)及工作布置

使用重慶地質(zhì)儀器廠生產(chǎn)的DUK-2A 高密度電法測(cè)量系統(tǒng)。 系統(tǒng)以DZD-6A 多功能直流電法儀為測(cè)控主機(jī)， 配以DUK-2A 型120 道多路電極轉(zhuǎn)換器及大線(xiàn)電纜、 電極等相關(guān)附件構(gòu)成高密度電法測(cè)量系統(tǒng)。 治理區(qū)域內(nèi)域建筑渣土場(chǎng)3 塊， 分別布置測(cè)線(xiàn)，道間距5 m，采用溫納裝置，隔離系數(shù)10。

4 資料解釋與成果分析

數(shù)據(jù)處理應(yīng)用G3RTomo5.0 高密度軟件，通過(guò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、預(yù)處理（地形矯正）、二維反演最后形成電阻率斷面圖。 建筑渣土場(chǎng)推測(cè)3 塊建筑渣土場(chǎng)共布置高密度測(cè)線(xiàn)27 條，選取測(cè)線(xiàn)C1、C2 和C3 的勘測(cè)成果，對(duì)填埋的建筑渣土進(jìn)行分析。

C1 測(cè)線(xiàn)前段位于土堆頂部， 后段跨過(guò)深坑，共178 個(gè)電極，全長(zhǎng)885 m，隔離系數(shù)10，東北向布設(shè)測(cè)線(xiàn)。剖面電阻率斷面解釋成果如圖2。橫軸為高密度測(cè)線(xiàn)長(zhǎng)度，縱軸為高程。

圖2 C1 測(cè)線(xiàn)高密度電阻率解釋成果

測(cè)線(xiàn)0～240 m 段電阻率值低于75 Ω·m，推測(cè)為建筑渣土，該段填埋較深，深度約20～25 m，埋深起伏較為平緩； 測(cè)線(xiàn)240～520 m 段電阻率值低于75 Ω·m， 推測(cè)為建筑渣土， 起伏較大， 最淺處約8.5m，最深處約20 m；測(cè)線(xiàn)643～725 m 段電阻率值低于75 Ω·m，推測(cè)為建筑渣土，建筑渣土呈漏斗形狀，最深處約14 m。該條測(cè)線(xiàn)建筑渣土填埋較深，起伏較為平緩。

C2 測(cè)線(xiàn)位于土堆頂部， 共148 個(gè)電極， 全長(zhǎng)735 m，隔離系數(shù)10，東北向布設(shè)測(cè)線(xiàn)。剖面電阻率斷面解釋成果如圖3。橫軸為高密度測(cè)線(xiàn)長(zhǎng)度，縱軸為高程。

圖3 C2 測(cè)線(xiàn)高密度電阻率解釋成果

測(cè)線(xiàn)0～390 m、400～660 m 電阻率值低于70 Ω·m，推測(cè)為建筑渣土， 埋深整體起伏較大， 其中測(cè)線(xiàn)200～260 m、260～320 m 和340～390 m 建筑渣土埋深較深且呈球狀，最深處約20～28 m；測(cè)線(xiàn)400～660 m段建筑渣土埋深較淺，深度約6～13 m。該條測(cè)線(xiàn)建筑渣土填埋較深、范圍廣，多處呈球狀分布。

C3 測(cè)線(xiàn)位于土堆頂部， 共179 個(gè)電極， 全長(zhǎng)890 m，隔離系數(shù)10，由西向東布線(xiàn)。剖面電阻率斷面解釋成果如圖4。橫軸為高密度剖面長(zhǎng)度，縱軸為探測(cè)相對(duì)深度。

圖4 C3 測(cè)線(xiàn)高密度電阻率解釋成果

圖5 建筑渣土場(chǎng)多斷面三維柵欄圖

測(cè)線(xiàn)0～633 m 電阻率值低于85 Ω·m，推測(cè)為建筑渣土，整體埋深起伏較大，深度約10～30 m。其中測(cè)線(xiàn)0～280 m 段埋深較深，深度約25～20 m，可見(jiàn)該段建筑渣土填埋較深、范圍較廣；測(cè)線(xiàn)310～350 m 段埋深較深，最深處達(dá)30 m，呈漏斗狀，同理測(cè)線(xiàn)480～620 m 也呈漏斗狀。 該條測(cè)線(xiàn)建筑渣土填埋較深、范圍較廣、形態(tài)各異。

5 建筑渣土場(chǎng)高密度成果

根據(jù)高密度電法剖面成果圖， 利用電阻率與極化率成果圖繪制軟件（Geogiga RViewer 6.0）繪制建筑渣土場(chǎng)三維柵欄圖， 更加直觀反應(yīng)建筑渣土的范圍。建筑渣土場(chǎng)根據(jù)高密度電法成果分析，推測(cè)有3塊建筑渣土，如圖4，藍(lán)色區(qū)域顯示表示為建筑渣土分布， 最大填埋厚度14.49～35 m， 平均厚度11.16～22.33 m。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)河道建筑渣土場(chǎng)物探勘察，渣土埋深、平均厚度和建筑渣土場(chǎng)地平面面積具有物探成果，結(jié)合鉆孔驗(yàn)證和地質(zhì)資料，并劃定建筑渣土埋深范圍，為估算建筑渣土填埋場(chǎng)儲(chǔ)量提供依據(jù)。 高密度電法在建筑渣土填埋場(chǎng)范圍勘察中取得較好效果， 有效解決實(shí)際工程問(wèn)題，提高工作效率，是綜合物探方法中建筑渣土場(chǎng)范圍勘察的有效方法。