陳品雄
(貴州煤田地質(zhì)局一七四隊(duì),貴州貴陽(yáng)550002)
高密度電阻率成像(高密度電法)是視電阻率法探測(cè)技術(shù)在工程勘探中的一項(xiàng)成功應(yīng)用。高密度電阻率法是一種陣列勘探方法,也稱自動(dòng)電阻率系統(tǒng),是直流電法的發(fā)展,其功能相當(dāng)于電測(cè)深與電剖面法的結(jié)合。通過(guò)對(duì)地表不同部位人工電場(chǎng)的掃描測(cè)量,得到視電阻率斷面圖像,由此來(lái)了解地下介質(zhì)視電阻率ρs的分布,根據(jù)巖土介質(zhì)視電阻率的分布推斷解釋地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)。
溫納裝置AMNB(α排列):α排列適用于固定斷面掃描測(cè)量,電極排列如圖1所示。
圖1 溫納裝置
測(cè)量時(shí),AM=MN=NB為一個(gè)極距,A、B、M、N逐點(diǎn)同時(shí)向左移動(dòng),得到一條剖面線;接著AM、MN、NB增大一個(gè)電極距,A、B、M、N逐點(diǎn)同時(shí)向左移動(dòng),得到另一條剖面線;這樣掃描下去,即得到倒梯形斷面圖。
大地電磁測(cè)深法原理:根據(jù)電磁學(xué)理論,地層中的視電阻率可由下式求?。?/p>
而探測(cè)趨膚深度可由下式給出:
式中:ρ——地層的視電阻率;
f——可控電磁頻率;
Ex——電場(chǎng)分量;
Hy——磁場(chǎng)分量;
δ——探測(cè)趨膚深度。
EH4連續(xù)電導(dǎo)率成像系統(tǒng)原理是基于大地電磁測(cè)深原理,通過(guò)人工建立可控電磁場(chǎng)系統(tǒng),改變電磁頻率,在一定距離的遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)觀測(cè)Ex、Hy或Ey、Hx的變化,繪制測(cè)區(qū)內(nèi)視電阻率等值線圖,根據(jù)測(cè)區(qū)內(nèi)視電阻率的變化情況,以達(dá)到探測(cè)地下目的體的一種探測(cè)方法,其探測(cè)深度可達(dá)千米以上。野外工作方法見EH4工作連接示意圖2。
圖2 EH4工作連接示意
測(cè)線的布置:測(cè)線的布置應(yīng)結(jié)合地形與路線實(shí)際情況進(jìn)行布設(shè),測(cè)線及點(diǎn)位位置根據(jù)提供的平面圖及地質(zhì)要求來(lái)確定測(cè)線線距和點(diǎn)距,高密度采用8~10m點(diǎn)距,大地電磁測(cè)深采用20m點(diǎn)距。
電纜的敷設(shè):電纜應(yīng)該按照事先布設(shè)好的測(cè)線敷設(shè),電纜線在敷設(shè)過(guò)程中要直且平,不能彎曲過(guò)大,同時(shí)主要保護(hù)電纜線的線頭,防止進(jìn)水受潮。大地電磁測(cè)深野外布置按工作連接示意圖布置。
電極的布設(shè):野外在布設(shè)電極時(shí)應(yīng)注意將電極打入土里面,盡量避開巖層,必要時(shí)要澆注鹽水,同時(shí)檢查接地電極電阻不能超過(guò)5k·Ω,對(duì)于接地電阻較高的地極可以采取澆注鹽水、電極并聯(lián)等辦法解決。
主機(jī)及電瓶連接:主機(jī)及電瓶應(yīng)注意放在平坦干燥的地方,連接電瓶的時(shí)候注意正負(fù)極不能接錯(cuò),工作時(shí)采用2個(gè)12V 65A/h電瓶先并聯(lián),再與儀器連接,同時(shí)接好應(yīng)該用外用表測(cè)量總的電壓是否正確。主機(jī)的電壓不能低于10V,電瓶電壓不能低于11V,觀測(cè)中隨時(shí)注意數(shù)據(jù)的變化。
野外測(cè)量完成后,可以直接在儀器中查看斷面圖,注意每條剖面要連續(xù)平滑,不應(yīng)有過(guò)大的跳點(diǎn),同時(shí)如果發(fā)現(xiàn)大量負(fù)數(shù),要立刻檢查原因,必要時(shí)重測(cè)。
觀測(cè)電壓值一般不能小于5mV,電壓值過(guò)小引起電阻率在同一條剖面上與相鄰點(diǎn)的電阻率差異較大應(yīng)將這類點(diǎn)剔除。利用基本觀測(cè)數(shù)據(jù)和檢查點(diǎn)數(shù)據(jù)的均方相對(duì)誤差檢驗(yàn)測(cè)量成果,均方相對(duì)誤差一般要控制在5%之內(nèi)。
測(cè)線布置:本工區(qū)共布置2條高密度電法測(cè)線(G1-G1′、G2-G2′、),2條大地電磁測(cè)深法測(cè)線(EH1-E1′、EH2-EH2′)。測(cè)線自起點(diǎn)向終點(diǎn)方向?yàn)镾4°W。EH1-EH1′測(cè)線與 GJ1-GJ1′測(cè)線中部重合,EH2-EH2′測(cè)線與G2-G2′測(cè)線中部重合。
G1-G1′測(cè)線、EH1-EH1′測(cè)線沿洞軸線布置;G2-G2′、EH2-EH2′測(cè)線平行布置于洞軸線近西方向,兩線垂距60m。
物性特征:高密度電阻率法試驗(yàn)范圍內(nèi)巖體視電阻率在50~7000Ω·m之間,其中,垂直巖溶帶視電阻率在20~60Ω·m之間,溶蝕破碎巖體視電阻率在200~500Ω·m之間,斷層破碎帶視電阻率在500~2000Ω·m之間。
大地電磁測(cè)深法(EH4)試驗(yàn)范圍內(nèi)巖體視電阻率在10~6000Ω·m之間,其中,垂直巖溶帶視電阻率在10~40Ω·m之間,溶蝕破碎巖體視電阻率在200~600Ω·m之間,斷層破碎帶視電阻率在300~2000Ω·m之間。表1為工作區(qū)試驗(yàn)和鉆孔所涉及地層巖性電阻率值統(tǒng)計(jì)表。
表1 工作區(qū)所涉及的地層巖性電阻率統(tǒng)計(jì)表
G1-G1′、EH1-EH1′測(cè)線探測(cè)共圈定15個(gè)視電阻率異常區(qū)域。其中,2處近地表?xiàng)l帶狀低阻異常,推斷為斷層破碎帶;11個(gè)為團(tuán)塊狀、條帶狀低阻異常,推斷為溶蝕破碎帶(具體見滇中引水工程大地電磁測(cè)深與高密度電阻率法綜合剖面圖3)。
G2-G2′、EH2-EH2′測(cè)線探測(cè)共圈定11個(gè)視電阻率異常區(qū)域。其中,2處近地表?xiàng)l帶狀低阻異常,推斷為斷層破碎帶;9個(gè)為團(tuán)塊狀、條帶狀低阻異常,推斷為溶蝕破碎帶。
綜合解釋成果:測(cè)區(qū)地表多見溶溝溶槽,近地表多有垂直巖溶帶發(fā)育,主要集中于C2w及P1q+m地層近地表區(qū)域,影響深度約40m。
C2w及P1q+m地層中均發(fā)現(xiàn)有不同程度和規(guī)模的溶蝕破碎體;洞軸線YH24+850~YH25+170段及YH25+550~YH25+930段溶蝕破碎體發(fā)育較強(qiáng)烈,YH24+970~YH25+030及YH26+370~YH26+410段為斷層破碎帶,洞軸線附近其余區(qū)域未發(fā)現(xiàn)較大規(guī)模物探異常。
圖3 滇中引水工程大地電磁測(cè)深與高密度電阻率法綜合剖面
利用大地電磁測(cè)深法和高密度電阻率法對(duì)引水隧道軸線進(jìn)行巖溶探測(cè),高密度探測(cè)隧道軸線200m以淺巖溶發(fā)育情況,大地電磁測(cè)深探測(cè)大于200m的巖溶發(fā)育情況,進(jìn)行綜合解釋,預(yù)測(cè)了引水隧道軸線的水文地質(zhì)情況,在推斷的異常區(qū)域范圍,用鉆孔進(jìn)行驗(yàn)證,與推斷結(jié)果相符合。綜合物探測(cè)量成果技術(shù)對(duì)引水隧道的掘進(jìn)工作提供了指導(dǎo)意義和安全工作有力保障。
參考文獻(xiàn):
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