高密度電法在工程物探中的應(yīng)用

張仲斌

摘 要：高密度電法作為當(dāng)前工程物探中常用的方法，具有點(diǎn)距小、數(shù)據(jù)采集密度大、施工效率高的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在物探找水、管線(xiàn)探測(cè)、巖溶及地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查等工程物探中。文章結(jié)合高密度電法在工程物探中的相關(guān)應(yīng)用實(shí)例，具體分析高密度電法在工程物探中的重要價(jià)值。

關(guān)鍵詞：高密度電法；工程物探；應(yīng)用

引言

目標(biāo)體埋深不大、規(guī)模較小等是當(dāng)前工程地質(zhì)勘察中常遇到的問(wèn)題，傳統(tǒng)常規(guī)的在敷設(shè)一次導(dǎo)線(xiàn)后只完成一個(gè)記錄點(diǎn)的數(shù)據(jù)觀(guān)測(cè)的電剖面法或電測(cè)深法，不能滿(mǎn)足地下管道、防空洞、巖溶等對(duì)于電法勘察的小點(diǎn)距、高數(shù)據(jù)采集密度的要求。和常規(guī)的電法勘察相比，高密度電法具有施工效率高的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)行地電斷面測(cè)量能夠?qū)崿F(xiàn)兼具剖面法與測(cè)深法的二維測(cè)量，能夠?qū)崿F(xiàn)完后一次導(dǎo)線(xiàn)敷設(shè)后進(jìn)行數(shù)千個(gè)記錄點(diǎn)的數(shù)據(jù)觀(guān)測(cè)工作。近年來(lái)，高密度電法發(fā)展較為迅速，在工程物探工程的各個(gè)方面得到了廣泛應(yīng)用。

1 高密度電法概述

高密度電法的基本工作原理及優(yōu)勢(shì)：高密度電法和傳統(tǒng)的物探方法相比在工作原理上并沒(méi)有很大的不同，其屬于列陣勘探方法，對(duì)高密度的測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行了特殊設(shè)置，在間隔的測(cè)量點(diǎn)上進(jìn)行電極固定，點(diǎn)距小、施工效率較高、采集的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性高等是高密度電法的主要特點(diǎn)。

高密度電法實(shí)現(xiàn)了與當(dāng)代信息技術(shù)的有效結(jié)合，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和處理，自動(dòng)化程度高。與此同時(shí)，減少了人力工作量，大大降低了人力工作可能造成的誤差，同時(shí)將人力資源負(fù)擔(dān)大大減輕。

2 高密度電法具體工作方法

低頻交流電為高密度電法的主要供電模式，地層視電阻率是其測(cè)量結(jié)果，由此可見(jiàn)，高密度電法實(shí)際上屬于直流電阻率法。圖1為高密度電法的具體工作框圖。

2.1 高密度電法數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)簡(jiǎn)述

主機(jī)、多路電極轉(zhuǎn)換器、電極系組成了高密度電法的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。主機(jī)的主要任務(wù)是接收、存貯測(cè)量數(shù)據(jù)，是通過(guò)通訊電纜、供電電纜完成向多路電極轉(zhuǎn)換器發(fā)出工作指令，同時(shí)向電極供電實(shí)現(xiàn)的；多路電極轉(zhuǎn)換器借助電纜實(shí)現(xiàn)對(duì)電極系各電極的供電與測(cè)量狀態(tài)的控制。鑒于高密度電法在野外工作時(shí)具有較多的工作裝置形式，因此，電極數(shù)、點(diǎn)距的選擇和設(shè)置要緊密結(jié)合場(chǎng)地條件與勘察深度，以實(shí)際需要為依據(jù)設(shè)置。對(duì)采集的數(shù)據(jù)結(jié)果的處理采取的方式由兩種，一是固定斷面掃描測(cè)量方式，通過(guò)將電阻率斷面視為一倒梯型剖面的方式實(shí)現(xiàn)；二是變斷面連續(xù)滾動(dòng)掃描測(cè)量方式，通過(guò)將電阻率斷面視為一平行四邊形剖面的方式實(shí)現(xiàn)。

2.2 高密度電法數(shù)據(jù)處理流程

首先將數(shù)據(jù)采集結(jié)果自動(dòng)存入主機(jī)，再利用通訊軟件將原始數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)接收到數(shù)據(jù)后，根據(jù)軟件對(duì)于數(shù)據(jù)處理格式的要求進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并按照軟件對(duì)版塊的要求完成相應(yīng)模塊的剔除畸變點(diǎn)、校正地形等預(yù)處理工作，最后可實(shí)現(xiàn)二維反演、成圖。

3 高密度電法在工程物探中的應(yīng)用實(shí)例分析

3.1 物探找水

首先對(duì)該校的地層進(jìn)行勘察分析，得知該地地層相對(duì)簡(jiǎn)單，表層為第四系，基巖由二疊系樂(lè)平組老山段砂巖及泥巖、常夾薄煤層構(gòu)成。具體的物探找水方法為：以實(shí)際的地形與障礙物情況為依據(jù)，在東西、南北向布置高密度電法剖面各一條，電極數(shù)為120根，點(diǎn)距設(shè)為3m。電性測(cè)量結(jié)果為南北向剖面基巖具有相對(duì)均勻的電性，顯示無(wú)異常；東西向剖面存在異常，位于100至160樁號(hào)基巖內(nèi)部，出現(xiàn)相對(duì)低阻異常區(qū)。電阻率值小于150Ω·m是第四系的基本狀況；基巖風(fēng)化層的電阻率值大于150Ω·m；電阻率值在600Ω·m以上為基巖。推斷是由基巖構(gòu)造裂隙含水或地層中所夾薄煤層引起的基巖區(qū)出現(xiàn)的相對(duì)低阻異?，F(xiàn)象。經(jīng)過(guò)探井得知低阻異常部位基巖面深28m，52m終孔，使得由含水裂隙導(dǎo)致的異?，F(xiàn)象得到證實(shí)，5.5t/h為最終成井水量，與校方要求相符。

3.2 管線(xiàn)探測(cè)

高密度電法應(yīng)用在管線(xiàn)探測(cè)中應(yīng)用效果良好，對(duì)于常規(guī)的金屬管線(xiàn)探測(cè)儀而言，和高密度電法相比，雖然也能較好的完成探測(cè)電纜、金屬水管等工作，但是對(duì)于下水道、水泥管等的探測(cè)工作卻不能高效完成。因此，高密度電法或探地雷達(dá)的應(yīng)用是實(shí)踐的要求。下水道、水泥管的管道為混凝土質(zhì)的特點(diǎn)，較之圍巖，電阻率高且易形成高阻異常。

3.3 劃分地層

某縣的堤壩曾經(jīng)出現(xiàn)部分堤段滑塌的事故。在事故發(fā)生后，為了分析滑塌地質(zhì)原因，相關(guān)單位進(jìn)行了物探勘察，積累了基礎(chǔ)地質(zhì)資料。該縣堤壩體填土層約7m，下部泥層為淤泥質(zhì)粘土層與淤泥層，泥盆系五通組砂巖是淤泥層下部的組成部分。

3.4 巖溶調(diào)查

某地區(qū)為巖溶發(fā)育區(qū)，位于一斷陷盆地東段，倒向斜由石炭系、二疊系地層組成，二疊系為軸部地層?；?guī)r、白云巖為主要的區(qū)內(nèi)基巖巖性，具有高達(dá)幾百至數(shù)千Ω·m的電阻率；第四系為粘土層，為幾十Ω·m較低的電阻率；在第四系更新的統(tǒng)砂土、礫石層電阻率較高，為500～800Ω·m?；鶐r出現(xiàn)巖溶發(fā)育現(xiàn)象，一旦雜物填充巖溶，將形成電阻率的低電性異常，高電位性異常會(huì)在出現(xiàn)空洞時(shí)發(fā)生。圖2代表的是高密度電法在本次勘察中得到的斷面，選用電極數(shù)為90根，設(shè)置點(diǎn)距為3m。該斷面顯示在72～120樁號(hào)段基巖淺部存在一較大規(guī)模的低電阻率異常，調(diào)查得知，84～102樁號(hào)段為原塌陷回填區(qū)。引發(fā)塌陷的重要因素可歸結(jié)為在灰?guī)r淺表發(fā)生的較大規(guī)模的巖溶現(xiàn)象，第四系低阻粘土等雜物填充了塌陷區(qū)，導(dǎo)致低電阻率異?，F(xiàn)象的出現(xiàn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

高密度電法在不斷的應(yīng)用中得到了發(fā)展，大量的試驗(yàn)與生產(chǎn)工作保留下來(lái)較多有意義的資料，越來(lái)越成熟的技術(shù)方法，自動(dòng)化程度更高的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，越來(lái)越完善資料處理軟件，使其在工程物探中的管線(xiàn)探測(cè)、巖溶調(diào)查、找水、地層劃分等工程中起著越來(lái)越重要的作用。即便電性差異在目標(biāo)體與圍巖之間存在，高密度電法也能借助自身的點(diǎn)距小、信息量大、探測(cè)精度高的優(yōu)勢(shì)確保勘察效果良好。

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