高密度电法在工程物探中的应用

  摘要: 高密度电法具小点距、数据采集密度大、施工效率高的特点,在管线探测、物探找水、岩溶及地质灾害调查等工程物探中已逐渐成为常用的方法。本文介绍工程物探中高密度电法的几个应用实例。

 

  关键词:高密度电法;物探找水;管线探测;地层划分

 

  前言

 

  常规电剖面法或电测深法,在敷设一次导线后只完成一个记录点的数据观测。而目前工程地质勘察中常遇到目标体埋深不大、规模较小等情况,在进行电法勘察时要求小点距、数据采集密度高,如:地下管道、防空洞、岩溶等。这时用常规电法开展工作就显得施工效率太低。

 

  高密度电法进行二维地电断面测量,兼具剖面法与测深法的功能,有点距小、采样密度高的特点,在敷设一次导线后可进行数千个记录点的数据观测,其信息量大、施工效率高。由此,近年来高密度电法在管线调查、物探找水、采空区、岩溶、滑坡等灾害物探调查等方面得以广泛应用。

 

  2 工作方法简述 高密度电法供电为低频交流电,测量结果为地层视电阻率,因此实际上属于直流电阻率法。其工作框图见图1。

 

  211 高密度电法数据采集系统

 

  高密度电法数据采集系统由主机、多路电极转换器、电 极系三部分组成。多路电极转换器通过电缆控制电极系各电极的供电与测量状态;主机通过通讯电缆、供电电缆向多路电极转换器发出工作指令、向电极供电并接受、存储测量数据。 高密度电法野外工作装置形式较多,总电极数与点距可 根据场地条件与勘察深度任意选择。固定断面扫描测量方式数据采集结果其视电阻率断面为一倒梯型剖面;变断面连续滚动扫描测量方式其视电阻率断面为一平行四边形剖面。

 

  212 高密度电法数据处理 数据采集结果自动存入主机,主机通过通讯软件把原始数据传输给计算机,计算机将数据转成处理软件要求的数据格式,经相应处理模块进行畸变点剔除、地形校正等预处理后,最终二维反演、成图。

 

  3 高密度电法在工程物探中的应用

 

  我院自引入高密度电法以来,在找水、管线探测、地层划分及岩溶、地质灾害调查等工程物探工作中进行了试验与生产,取得了较好的应用效果。

 

  (1)高密度电法找水 新余市某镇中学生活用水为浅层第四系水,秋、冬季为枯水期用水困难。据校方介绍,为解决水源问题,多次联系成井单位想取基岩构造水成井,并进行过常规电法找水工作,均未成功。我院受校方委托,为了解校区赋水构造发育情况,采用了高密度电法开展工作。

 

  该校属低丘区,地形起伏不大。地层相对简单,表层为第四系,基岩为二叠系乐平组老山段砂岩及泥岩、常夹薄煤层。 根据校区地形与障碍物情况,布置东西、南北向高密度电法剖面各一条,选用120根电极,点距为3m。测量结果:南北向剖面基岩电性相对均匀,无异常显示;东西向剖面在100至160桩号基岩内部出现相对低阻异常区。第四系电阻率值小于1508#m;电阻率值大于1508#m为基岩风化层;基岩电阻率在6008#m以上(见图2)。

 

  图中基岩内出现的相对低阻异常,推断为基岩构造裂隙含水或地层中所夹薄煤层引起的。探井揭示低阻异常部位基岩面深28m,52m终孔,证实此异常为含水裂隙所至,成井水量为515tPh,达到校方要求。

 

  (2)高密度电法在管线探测中的应用 高密度电法在管线探测中也有较好的应用效果,金属管线探测仪在探测电缆、金属水管等方面效果很好,但对下水道、水泥管等的探测需由探地雷达或高密度电法来完成。上述管道因其为混凝土质,电阻率远高于围岩而易形成高阻异常。图3为新余市地下管线调查中,高密度电法探测下水管道的实测剖面。 实测中根据场地情况,选用28根电极,点距为014m。图中418桩号处异常为电缆管块的高阻异常,其中的电缆已为金属管线仪探出,管块顶部埋深为018m;712桩号处异常为下水管道的反映,其管顶埋深为110m。

 

  (3)高密度电法划分地层 2000年4月初,在建中的湖口县双钟圩堤部分堤段滑塌。事故发生后我院在该堤段进行了综合物探勘察,为分析滑塌地质原因提供了基础地质资料。双钟圩堤坝体填土层约7m,其下部为淤泥质粘土层与淤泥层,淤泥层下部为泥盆系五通组砂岩。

 

  在双钟圩堤的高密度电法勘察中,选用120根电极,点 距5m。图4是该堤段高密度电测剖面,淤泥质粘土层与淤泥层为明显低电性层,其电阻率值在20~608#m。剖面布置于堤段内侧,填坝厚度约5m,图4中显示整个剖面分布低电性层,其厚度在8~16m。 综合该区其他物探方法及地质资料分析:大堤下部广泛分布的较厚的淤泥质粘土层与淤泥层作为坝基础,无法支承上覆坝体的压力,施工中的机械振动、船舶来往时的水扰动等诱发因素导致坝体滑塌入湖中。

 

  (4)高密度电法在岩溶调查中的应用瑞金沙洲坝地区为岩溶发育区,许多革命遗址座落于该地的下二叠系、中上石炭系灰岩之上,因岩溶塌陷的发生,有些遗址出现部分坍塌。为查明岩溶发育情况,我院在该区进行了探地雷达、浅层地震及电法相结合的综合物探勘察,取得了较好地勘察效果。

 

  沙洲坝地区位于一断陷盆地东段,由石炭系、二叠系地层组成一倒向斜,轴部地层为二叠系。区内基岩岩性以灰岩、白云岩为主,电阻率较高为几百至数千8#m;第四系粘土层电阻率较低为几十8#m;第四系更新统砂土、砾石层电阻率较高约为500~8008#m。基岩中岩溶发育,若岩溶被杂物充填,其电阻率将形成低电性异常;若为空洞则将形成高电性异常。

 

  图5是本次勘察项目中一高密度电法断面,电极数为90根,点距为3m。该剖面位于百花村前,其中72~120桩号段显示在基岩浅部有一较大规模的低电阻率异常,后据当地村民反映,84~102桩号段属原塌陷回填区。灰岩浅表发育较大规模的岩溶引起的塌陷,塌陷区被第四系低阻粘土等杂物充填,而引起低电阻率异常。

 

  4 结语

 

  高密度电法方法技术成熟、数据采集系统自动化、资料处理软件也较完善,是工程地质勘察中行之有效的物探方法技术。 我院自引进高密度电法后进行大量的试验与生产工作,取得了一些有意义的资料。在管线探测、岩溶调查、找水、地层划分等工程物探中,目标体与围岩存在一定电性差异时,高密度电法因点距小、信息量大、探测精度也较高,取得了很好的勘察效果。 目前在进行高密度数据采集时,高密度主机的逐层测量的控制程序是固定不变的。以点距4m的温纳装置为例:层 序为20层时,供电极距为240m,21层时,供电极距为252m,如此高的数据采集密度,有助于提高勘察二、三度高、低阻异常体的分辨率;但在勘察目的仅是进行地层纵向分层时,深层位数据密度可小些。如果仪器使用者可自行编制数据采集层位组合,便能视完成勘察任务的需要,在深层位适当拉大供电电极距跨度,节省单断面数据采集时间,提高工作效率。这一点,笔者认为是值得与仪器生产厂家商榷的。