高密度電法在工程物探中的應用

  摘要: 高密度電法具小點(diǎn)距、數據采集密度大、施工效率高的特點(diǎn),在管線(xiàn)探測、物探找水、巖溶及地質(zhì)災害調查等工程物探中已逐漸成為常用的方法。本文介紹工程物探中高密度電法的幾個(gè)應用實(shí)例。

 

  關(guān)鍵詞:高密度電法;物探找水;管線(xiàn)探測;地層劃分

 

  前言

 

  常規電剖面法或電測深法,在敷設一次導線(xiàn)后只完成一個(gè)記錄點(diǎn)的數據觀(guān)測。而目前工程地質(zhì)勘察中常遇到目標體埋深不大、規模較小等情況,在進(jìn)行電法勘察時(shí)要求小點(diǎn)距、數據采集密度高,如:地下管道、防空洞、巖溶等。這時(shí)用常規電法開(kāi)展工作就顯得施工效率太低。

 

  高密度電法進(jìn)行二維地電斷面測量,兼具剖面法與測深法的功能,有點(diǎn)距小、采樣密度高的特點(diǎn),在敷設一次導線(xiàn)后可進(jìn)行數千個(gè)記錄點(diǎn)的數據觀(guān)測,其信息量大、施工效率高。由此,近年來(lái)高密度電法在管線(xiàn)調查、物探找水、采空區、巖溶、滑坡等災害物探調查等方面得以廣泛應用。

 

  2 工作方法簡(jiǎn)述 高密度電法供電為低頻交流電,測量結果為地層視電阻率,因此實(shí)際上屬于直流電阻率法。其工作框圖見(jiàn)圖1。

 

  211 高密度電法數據采集系統

 

  高密度電法數據采集系統由主機、多路電極轉換器、電 極系三部分組成。多路電極轉換器通過(guò)電纜控制電極系各電極的供電與測量狀態(tài);主機通過(guò)通訊電纜、供電電纜向多路電極轉換器發(fā)出工作指令、向電極供電并接受、存儲測量數據。 高密度電法野外工作裝置形式較多,總電極數與點(diǎn)距可 根據場(chǎng)地條件與勘察深度任意選擇。固定斷面掃描測量方式數據采集結果其視電阻率斷面為一倒梯型剖面;變斷面連續滾動(dòng)掃描測量方式其視電阻率斷面為一平行四邊形剖面。

 

  212 高密度電法數據處理 數據采集結果自動(dòng)存入主機,主機通過(guò)通訊軟件把原始數據傳輸給計算機,計算機將數據轉成處理軟件要求的數據格式,經(jīng)相應處理模塊進(jìn)行畸變點(diǎn)剔除、地形校正等預處理后,最終二維反演、成圖。

 

  3 高密度電法在工程物探中的應用

 

  我院自引入高密度電法以來(lái),在找水、管線(xiàn)探測、地層劃分及巖溶、地質(zhì)災害調查等工程物探工作中進(jìn)行了試驗與生產(chǎn),取得了較好的應用效果。

 

  (1)高密度電法找水 新余市某鎮中學(xué)生活用水為淺層第四系水,秋、冬季為枯水期用水困難。據校方介紹,為解決水源問(wèn)題,多次聯(lián)系成井單位想取基巖構造水成井,并進(jìn)行過(guò)常規電法找水工作,均未成功。我院受校方委托,為了解校區賦水構造發(fā)育情況,采用了高密度電法開(kāi)展工作。

 

  該校屬低丘區,地形起伏不大。地層相對簡(jiǎn)單,表層為第四系,基巖為二疊系樂(lè )平組老山段砂巖及泥巖、常夾薄煤層。 根據校區地形與障礙物情況,布置東西、南北向高密度電法剖面各一條,選用120根電極,點(diǎn)距為3m。測量結果:南北向剖面基巖電性相對均勻,無(wú)異常顯示;東西向剖面在100至160樁號基巖內部出現相對低阻異常區。第四系電阻率值小于1508#m;電阻率值大于1508#m為基巖風(fēng)化層;基巖電阻率在6008#m以上(見(jiàn)圖2)。

 

  圖中基巖內出現的相對低阻異常,推斷為基巖構造裂隙含水或地層中所夾薄煤層引起的。探井揭示低阻異常部位基巖面深28m,52m終孔,證實(shí)此異常為含水裂隙所至,成井水量為515tPh,達到校方要求。

 

  (2)高密度電法在管線(xiàn)探測中的應用 高密度電法在管線(xiàn)探測中也有較好的應用效果,金屬管線(xiàn)探測儀在探測電纜、金屬水管等方面效果很好,但對下水道、水泥管等的探測需由探地雷達或高密度電法來(lái)完成。上述管道因其為混凝土質(zhì),電阻率遠高于圍巖而易形成高阻異常。圖3為新余市地下管線(xiàn)調查中,高密度電法探測下水管道的實(shí)測剖面。 實(shí)測中根據場(chǎng)地情況,選用28根電極,點(diǎn)距為014m。圖中418樁號處異常為電纜管塊的高阻異常,其中的電纜已為金屬管線(xiàn)儀探出,管塊頂部埋深為018m;712樁號處異常為下水管道的反映,其管頂埋深為110m。

 

  (3)高密度電法劃分地層 2000年4月初,在建中的湖口縣雙鐘圩堤部分堤段滑塌。事故發(fā)生后我院在該堤段進(jìn)行了綜合物探勘察,為分析滑塌地質(zhì)原因提供了基礎地質(zhì)資料。雙鐘圩堤壩體填土層約7m,其下部為淤泥質(zhì)粘土層與淤泥層,淤泥層下部為泥盆系五通組砂巖。

 

  在雙鐘圩堤的高密度電法勘察中,選用120根電極,點(diǎn) 距5m。圖4是該堤段高密度電測剖面,淤泥質(zhì)粘土層與淤泥層為明顯低電性層,其電阻率值在20~608#m。剖面布置于堤段內側,填壩厚度約5m,圖4中顯示整個(gè)剖面分布低電性層,其厚度在8~16m。 綜合該區其他物探方法及地質(zhì)資料分析:大堤下部廣泛分布的較厚的淤泥質(zhì)粘土層與淤泥層作為壩基礎,無(wú)法支承上覆壩體的壓力,施工中的機械振動(dòng)、船舶來(lái)往時(shí)的水擾動(dòng)等誘發(fā)因素導致壩體滑塌入湖中。

 

  (4)高密度電法在巖溶調查中的應用瑞金沙洲壩地區為巖溶發(fā)育區,許多革命遺址座落于該地的下二疊系、中上石炭系灰巖之上,因巖溶塌陷的發(fā)生,有些遺址出現部分坍塌。為查明巖溶發(fā)育情況,我院在該區進(jìn)行了探地雷達、淺層地震及電法相結合的綜合物探勘察,取得了較好地勘察效果。

 

  沙洲壩地區位于一斷陷盆地東段,由石炭系、二疊系地層組成一倒向斜,軸部地層為二疊系。區內基巖巖性以灰巖、白云巖為主,電阻率較高為幾百至數千8#m;第四系粘土層電阻率較低為幾十8#m;第四系更新統砂土、礫石層電阻率較高約為500~8008#m?；鶐r中巖溶發(fā)育,若巖溶被雜物充填,其電阻率將形成低電性異常;若為空洞則將形成高電性異常。

 

  圖5是本次勘察項目中一高密度電法斷面,電極數為90根,點(diǎn)距為3m。該剖面位于百花村前,其中72~120樁號段顯示在基巖淺部有一較大規模的低電阻率異常,后據當地村民反映,84~102樁號段屬原塌陷回填區?；規r淺表發(fā)育較大規模的巖溶引起的塌陷,塌陷區被第四系低阻粘土等雜物充填,而引起低電阻率異常。

 

  4 結語(yǔ)

 

  高密度電法方法技術(shù)成熟、數據采集系統自動(dòng)化、資料處理軟件也較完善,是工程地質(zhì)勘察中行之有效的物探方法技術(shù)。 我院自引進(jìn)高密度電法后進(jìn)行大量的試驗與生產(chǎn)工作,取得了一些有意義的資料。在管線(xiàn)探測、巖溶調查、找水、地層劃分等工程物探中,目標體與圍巖存在一定電性差異時(shí),高密度電法因點(diǎn)距小、信息量大、探測精度也較高,取得了很好的勘察效果。 目前在進(jìn)行高密度數據采集時(shí),高密度主機的逐層測量的控制程序是固定不變的。以點(diǎn)距4m的溫納裝置為例:層 序為20層時(shí),供電極距為240m,21層時(shí),供電極距為252m,如此高的數據采集密度,有助于提高勘察二、三度高、低阻異常體的分辨率;但在勘察目的僅是進(jìn)行地層縱向分層時(shí),深層位數據密度可小些。如果儀器使用者可自行編制數據采集層位組合,便能視完成勘察任務(wù)的需要,在深層位適當拉大供電電極距跨度,節省單斷面數據采集時(shí)間,提高工作效率。這一點(diǎn),筆者認為是值得與儀器生產(chǎn)廠(chǎng)家商榷的。