高密度電法在地下水通道探測(cè)中的研究與應(yīng)用

楊雪娟

【摘要】高密度電法屬于直流電阻率法的范疇，其特點(diǎn)是高密度采集地層信息數(shù)據(jù)、用途廣泛、速度快以及經(jīng)濟(jì)。觀測(cè)結(jié)果可以表示成二維斷面圖格式，可精確反應(yīng)地電斷面沿測(cè)線和深度的變化。由于反應(yīng)地質(zhì)信息豐富、直觀、資料處理和解釋簡(jiǎn)單，在水利水電等勘察中得到了廣泛的應(yīng)用。本文結(jié)合工程實(shí)例，采用高密度電法對(duì)地下水導(dǎo)致地下塌陷坑的成因、規(guī)模、路徑等展開論述，印證高密度電法在地下水通道探測(cè)中的可靠性和適用性。

【關(guān)鍵詞】高密度電法；地下水通道；探測(cè)

引言

山區(qū)的自然環(huán)境和地質(zhì)環(huán)境較為復(fù)雜，在山區(qū)修建隧道經(jīng)常會(huì)通過(guò)富水地區(qū)。地下水不僅會(huì)溶解、沖蝕、軟化隧道圍巖，降低圍巖強(qiáng)度，還會(huì)給施工帶來(lái)巨大難度和安全隱患。提前獲取隧道水文地質(zhì)情況，通過(guò)對(duì)每段地質(zhì)情況的分析提前做好預(yù)防措施，可降低隧道施工危險(xiǎn)。高密度電法是探測(cè)地下水的一種重要地球物理方法，它將傳統(tǒng)的電剖面法和電測(cè)深法相結(jié)合，具有測(cè)點(diǎn)密度高、采集的信息量大和對(duì)探測(cè)的目標(biāo)不造成影響等優(yōu)點(diǎn)，能有效探測(cè)地下水情況，對(duì)工程建設(shè)具有重大參考價(jià)值。

1、高密度電法原理

高密度電法的原理與普通電法原理基本一致，就是多種排列的常規(guī)電阻率法與自動(dòng)數(shù)據(jù)反演處理相結(jié)合的方式。通過(guò)電極多種組合的掃描探測(cè)，能夠采取各地層橫縱雙向地電剖面的結(jié)構(gòu)特征。最后微機(jī)將測(cè)得的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，之后還可以傳入電腦進(jìn)行濾波、地改處理，通過(guò)反演圖判斷測(cè)線縱剖面的地質(zhì)信息。

2、鐵路勘察應(yīng)用

2.1數(shù)據(jù)處理

高密度電法的理論模型是一個(gè)均質(zhì)的、各向同性的水平均勻地質(zhì)體，且視電阻率值是電極距的函數(shù).然而在實(shí)際工作中，由于地形起伏、接地條件不良以及電極實(shí)際位置偏離設(shè)計(jì)位置等情況的出現(xiàn)，往往導(dǎo)致所測(cè)得視電阻率斷面與實(shí)際模型不符，因而有必要對(duì)原始數(shù)據(jù)作相關(guān)預(yù)處理，如數(shù)據(jù)拼接、地形校正、剔除虛假點(diǎn)等.

2.2地球物理探測(cè)前提

該區(qū)域地下水較為發(fā)育，由電性推測(cè)，地層自上而下為低阻的新黃土、雜填土；中高阻的卵石、礫石；低阻的砂泥巖，中高阻的泥灰?guī)r及灰?guī)r。掉鉆、漏泥漿等現(xiàn)象的原因推斷為該處上部砂泥巖裂隙發(fā)育且富含地下水，導(dǎo)致深部的灰?guī)r巖溶發(fā)育，與上部連通形成地下水滲流通道。該區(qū)域地下水滲流通道相對(duì)周邊巖土體為低阻，而部分掘進(jìn)困難的地層為孤立的高阻體。因此，此次針對(duì)地下水滲流通道探測(cè)的物探機(jī)理前提成立。在對(duì)電法成果進(jìn)行分析的過(guò)程中，首先分出幾個(gè)標(biāo)志地層，再圈定同一地層中高低阻區(qū)域，當(dāng)?shù)妥鑵^(qū)域自下而上相連時(shí)，可推測(cè)為地下水滲流通道。

2.3成果分析

應(yīng)用二維高密度電法專業(yè)軟件“2DRES”進(jìn)行處理。反演過(guò)程中加入了地形校正處理。水流通道相對(duì)周圍細(xì)砂呈低阻，故本次資料分析重點(diǎn)研判低阻異常。分析時(shí)，成果圖對(duì)照原始視電阻率擬斷面圖并結(jié)合相關(guān)地質(zhì)等信息。本次探測(cè)布置測(cè)線多，電法又分不同裝置和采集參數(shù)，數(shù)據(jù)信息量大，現(xiàn)針對(duì)主要勘探成果做一闡述。

2.4Z3測(cè)線探測(cè)結(jié)果分析

Z3測(cè)線為隧道左幅中心線K4+840—240段探測(cè)線。由圖5可知：K4+760—670段地表以下埋深25-65m處為低阻異常區(qū)，低阻異常，呈細(xì)帶狀或串珠狀分布，視電阻率值一般為20-70Ω·m，推測(cè)該部位為富水區(qū)；K4+580—520段地表以下埋深20-100m處為低阻異常區(qū)，低阻異常，呈細(xì)帶狀或串珠狀分布，視電阻率值一般為30-70Ω·m，推測(cè)該部位為賦水區(qū)；K4+490—430段地表以下埋深20-50m處為低阻異常區(qū)，阻值低，多呈團(tuán)塊狀的低阻異常狀，視電阻率值一般為30-80Ω·m，推測(cè)該部位為賦水區(qū)；K4+380—320段地表以下埋深20-55m處為低阻異常區(qū)，阻值低，多呈團(tuán)塊狀的低阻異常狀，視電阻率值一般為20-60Ω·m，推測(cè)該部位為賦水區(qū)；根據(jù)地表調(diào)查結(jié)果，結(jié)合探測(cè)結(jié)果，推測(cè)賦水區(qū)較為豐富的地段均在溝谷以下，即K4+670、K4+480和K4+375對(duì)應(yīng)的溝谷位置。

2.5水流路徑分析

3#坑與4#坑位于出水口左擋墻基礎(chǔ)坡，距2#坑平距42m，地表高程3043m～3045m。此處塌陷多而密集，受地形限制電法測(cè)線無(wú)法布置。4#坑距廠房基礎(chǔ)約9m，可觀察到在水泵的強(qiáng)抽作用下，從4#坑周邊補(bǔ)水的跡象明顯。再結(jié)合高差可以判斷出地下水從2#坑流向4#再流向3#坑。結(jié)合廠房基礎(chǔ)及集水井抽水量來(lái)看，集水箱漏水遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及如此大的量?，F(xiàn)場(chǎng)可以看到，廠房基坑經(jīng)抽水送向下游河道，在入河口附近又形成大片蓄水區(qū)。該蓄水區(qū)水位線高程為3049.9m，與2#坑水道高程（3041.1m～3048.6m）最大有近8m的高差。而壩址區(qū)砂卵層覆蓋層厚達(dá)百米，滲水性強(qiáng)。由此可推測(cè)出2、3、4坑地下水主要來(lái)自下游蓄水區(qū)的倒灌。綜上，可以認(rèn)為由于地勢(shì)原因引起下游地下水向上游倒灌，加上前期強(qiáng)降水影響及集水井下游側(cè)泵坑對(duì)地下水的強(qiáng)抽的作用，是引起2#、3#、4#坑塌陷的主要原因。流水路徑為：沿左岸坡腳→穿過(guò)2#坑及其附近通道→3#坑→4#坑→集水井和廠房。

結(jié)語(yǔ)：

通過(guò)本次工程實(shí)例得到如下體會(huì)：（1）在流水通道與圍巖電阻率差異大、地表巖性比較均勻、地形起伏小的情況下，高密度電法具有良好的勘探效果，其低阻異常明顯并且形態(tài)清晰。（2）資料解釋中，除了對(duì)低阻異常的形態(tài)進(jìn)行分析之外，還應(yīng)結(jié)合塌陷坑位置、地面建筑物、各異常間的平距、高差以及水文地質(zhì)資料等諸多信息。對(duì)于復(fù)雜的地下水通道探測(cè)需結(jié)合眾多的因素以及相當(dāng)?shù)哪托?。?）不同裝置下異常的形態(tài)有所差異。（4）布置測(cè)線時(shí)應(yīng)盡可能地使測(cè)段內(nèi)地表巖性均勻和地形變化小，用以保證原始數(shù)據(jù)質(zhì)量和提高勘探效果。本實(shí)例中，盡管邊坡處細(xì)砂電阻率高，但其原始數(shù)據(jù)質(zhì)量遠(yuǎn)好于跨粗砂、細(xì)砂、沖溝處測(cè)線。（5）本次勘探中的不足是由于 3#、4# 坑受地形限制電法未能開展并提供直接勘探成果，故對(duì)于復(fù)雜條件下地質(zhì)勘探應(yīng)盡可能地采用多種勘探方法來(lái)相互彌補(bǔ)、相互驗(yàn)證.

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