摘要: 高密度電法具小點(diǎn)距、數(shù)據(jù)采集密度大、施工效率高的特點(diǎn),在管線探測(cè)、物探找水、巖溶及地質(zhì)災(zāi)害調(diào)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(yīng)用實(shí)例。

 

  關(guān)鍵詞:高密度電法;物探找水;管線探測(cè);地層劃分

 

  前言

 

  常規(guī)電剖面法或電測(cè)深法,在敷設(shè)一次導(dǎo)線后只完成一個(gè)記錄點(diǎn)的數(shù)據(jù)觀測(cè)。而目前工程地質(zhì)勘察中常遇到目標(biāo)體埋深不大、規(guī)模較小等情況,在進(jìn)行電法勘察時(shí)要求小點(diǎn)距、數(shù)據(jù)采集密度高,如:地下管道、防空洞、巖溶等。這時(shí)用常規(guī)電法開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(cè)量,兼具剖面法與測(cè)深法的功能,有點(diǎn)距小、采樣密度高的特點(diǎn),在敷設(shè)一次導(dǎo)線后可進(jìn)行數(shù)千個(gè)記錄點(diǎn)的數(shù)據(jù)觀測(cè),其信息量大、施工效率高。由此,近年來高密度電法在管線調(diào)查、物探找水、采空區(qū)、巖溶、滑坡等災(zāi)害物探調(diào)查等方面得以廣泛應(yīng)用。

 

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

 

  211 高密度電法數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

 

  高密度電法數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由主機(jī)、多路電極轉(zhuǎn)換器、電 極系三部分組成。多路電極轉(zhuǎn)換器通過電纜控制電極系各電極的供電與測(cè)量狀態(tài);主機(jī)通過通訊電纜、供電電纜向多路電極轉(zhuǎn)換器發(fā)出工作指令、向電極供電并接受、存儲(chǔ)測(cè)量數(shù)據(jù)。 高密度電法野外工作裝置形式較多,總電極數(shù)與點(diǎn)距可 根據(jù)場(chǎng)地條件與勘察深度任意選擇。固定斷面掃描測(cè)量方式數(shù)據(jù)采集結(jié)果其視電阻率斷面為一倒梯型剖面;變斷面連續(xù)滾動(dòng)掃描測(cè)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(shù)據(jù)處理 數(shù)據(jù)采集結(jié)果自動(dòng)存入主機(jī),主機(jī)通過通訊軟件把原始數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī),計(jì)算機(jī)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成處理軟件要求的數(shù)據(jù)格式,經(jīng)相應(yīng)處理模塊進(jìn)行畸變點(diǎn)剔除、地形校正等預(yù)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(yīng)用

 

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

 

  (1)高密度電法找水 新余市某鎮(zhèn)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(jù)校方介紹,為解決水源問題,多次聯(lián)系成井單位想取基巖構(gòu)造水成井,并進(jìn)行過常規(guī)電法找水工作,均未成功。我院受校方委托,為了解校區(qū)賦水構(gòu)造發(fā)育情況,采用了高密度電法開展工作。

 

  該校屬低丘區(qū),地形起伏不大。地層相對(duì)簡(jiǎn)單,表層為第四系,基巖為二疊系樂平組老山段砂巖及泥巖、常夾薄煤層。 根據(jù)校區(qū)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(cè)量結(jié)果:南北向剖面基巖電性相對(duì)均勻,無異常顯示;東西向剖面在100至160樁號(hào)基巖內(nèi)部出現(xiàn)相對(duì)低阻異常區(qū)。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(見圖2)。

 

  圖中基巖內(nèi)出現(xiàn)的相對(duì)低阻異常,推斷為基巖構(gòu)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(dá)到校方要求。

 

  (2)高密度電法在管線探測(cè)中的應(yīng)用 高密度電法在管線探測(cè)中也有較好的應(yīng)用效果,金屬管線探測(cè)儀在探測(cè)電纜、金屬水管等方面效果很好,但對(duì)下水道、水泥管等的探測(cè)需由探地雷達(dá)或高密度電法來完成。上述管道因其為混凝土質(zhì),電阻率遠(yuǎn)高于圍巖而易形成高阻異常。圖3為新余市地下管線調(diào)查中,高密度電法探測(cè)下水管道的實(shí)測(cè)剖面。 實(shí)測(cè)中根據(jù)場(chǎng)地情況,選用28根電極,點(diǎn)距為014m。圖中418樁號(hào)處異常為電纜管塊的高阻異常,其中的電纜已為金屬管線儀探出,管塊頂部埋深為018m;712樁號(hào)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(chǔ)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(cè)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(nèi)側(cè),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(qū)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(chǔ),無法支承上覆壩體的壓力,施工中的機(jī)械振動(dòng)、船舶來往時(shí)的水?dāng)_動(dòng)等誘發(fā)因素導(dǎo)致壩體滑塌入湖中。

 

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

 

  沙洲壩地區(qū)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(qū)內(nèi)基巖巖性以灰?guī)r、白云巖為主,電阻率較高為幾百至數(shù)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(tǒng)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(xiàng)目中一高密度電法斷面,電極數(shù)為90根,點(diǎn)距為3m。該剖面位于百花村前,其中72~120樁號(hào)段顯示在基巖淺部有一較大規(guī)模的低電阻率異常,后據(jù)當(dāng)?shù)卮迕穹从?84~102樁號(hào)段屬原塌陷回填區(qū)。灰?guī)r淺表發(fā)育較大規(guī)模的巖溶引起的塌陷,塌陷區(qū)被第四系低阻粘土等雜物充填,而引起低電阻率異常。

 

  4 結(jié)語(yǔ)

 

  高密度電法方法技術(shù)成熟、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)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(yàn)與生產(chǎn)工作,取得了一些有意義的資料。在管線探測(cè)、巖溶調(diào)查、找水、地層劃分等工程物探中,目標(biāo)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(cè)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(shù)據(jù)采集時(shí),高密度主機(jī)的逐層測(cè)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?yàn)?0層時(shí),供電極距為240m,21層時(shí),供電極距為252m,如此高的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)密度可小些。如果儀器使用者可自行編制數(shù)據(jù)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(dāng)拉大供電電極距跨度,節(jié)省單斷面數(shù)據(jù)采集時(shí)間,提高工作效率。這一點(diǎn),筆者認(rèn)為是值得與儀器生產(chǎn)廠家商榷的。