高密度電法在工程勘察中的應(yīng)用淺談
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摘要:高密度電法是基于垂向直流電測(cè)深、電測(cè)剖面和電阻率層析成像的物探方法，被廣泛的應(yīng)用于地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查及工程勘察中。高密度電法測(cè)量的二維地電斷面可以將基巖界限以及基巖構(gòu)造很直觀的體現(xiàn)出來(lái)，可以明確與圍巖具有電性差異的破碎構(gòu)造的發(fā)育狀況，以及圈定構(gòu)造發(fā)育的范圍。本文就高密度電法在工程地質(zhì)勘察中的應(yīng)用實(shí)例進(jìn)行分析研究，主要應(yīng)用高密度電法來(lái)勘察基巖面、斷層破碎帶、含水構(gòu)造帶、土洞、溶洞等不良地質(zhì)體。
關(guān)鍵詞：高密度電阻率法；基覆界線；斷層；破碎帶；溶洞；土洞
1引言
電法勘探作為地球物理勘查的一個(gè)重要分支，已廣泛應(yīng)用于工程勘察及地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查中，并取得了較好的應(yīng)用效果。高密度電法的效果既可以與剖面法的效果相比，又可以媲美電測(cè)探法的效果。高密度電法的優(yōu)點(diǎn)非常多，最突出的是以下幾點(diǎn)：第一點(diǎn)距??；第二數(shù)據(jù)采集的密度偏大；第三可以將基巖的起伏狀態(tài)很直觀的體現(xiàn)出來(lái)；第四可以將地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行直觀的反映。
2高密度電阻率法的運(yùn)行原理分析
高密度電阻率法需要以地下介質(zhì)間的導(dǎo)電性差異為物理前提，可將其視為傳統(tǒng)的以垂向電測(cè)探法和電阻率剖面法，其運(yùn)行原理依然是常規(guī)電法勘探的原理，即利用天然或人工電場(chǎng)，對(duì)不同巖層的電性差異引起的電場(chǎng)異常來(lái)查明巖層和構(gòu)造等問(wèn)題。高密度是一種陳列電阻率勘探方法，主要用于淺層電阻率測(cè)深剖面法。當(dāng)測(cè)量地點(diǎn)在野外的時(shí)候，要注意集中所有的電極到測(cè)點(diǎn)上，借助電測(cè)儀或者程控電極轉(zhuǎn)換器進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的采集。這樣的方法工作效率非常高，因?yàn)殡姌O可以一次性布置完成，可在程序控制下自動(dòng)完成數(shù)據(jù)的采集，避免了手動(dòng)操作的失誤率。并且電極一次布置完成，可以針對(duì)電極裝置進(jìn)行多次測(cè)量，獲取所需的各種地電斷面信息。高密度電法與常規(guī)的電法相比，配置了多道電極轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，可以實(shí)現(xiàn)測(cè)量電極的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，一次性測(cè)量還可以確保測(cè)量數(shù)據(jù)具有較高的分辨率和精度，可以確保其直觀性、以及高效性。影響巖土電阻率的因素有很多，例如介質(zhì)成分、巖土結(jié)構(gòu)、巖土構(gòu)造、巖土空隙度以及巖土的含水量等。如果有以下情況，電阻率剖面上將會(huì)呈現(xiàn)低阻異常：第一構(gòu)造發(fā)育帶或富水區(qū)，第二電阻率降低，第三空隙度變大，第四裂隙發(fā)育，第五含水量增加。所以通過(guò)對(duì)電阻率剖面上的異常信息的分析，就可以進(jìn)行勘察。高密度電阻率法室內(nèi)資料分析指的是通過(guò)相關(guān)軟件對(duì)野外采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、計(jì)算、并繪制成圖。經(jīng)常使用到的軟件有以下三種：第一電法處理輔助軟件、第二電阻率反演成像系統(tǒng)RES2DINV、第三Surfer成圖軟件等。高密度電阻率法室內(nèi)資料分析主要分三步，第一步，初步分析野外采集的原始數(shù)據(jù)，將畸變點(diǎn)進(jìn)行剔除；第二步，將經(jīng)過(guò)初步處理的數(shù)據(jù)進(jìn)行成像處理，使用RES2DINV增加地形信息，做地形改正和深度反演擬合；第三步，綜合分析成像結(jié)果，并且借助Surfer、AutoCAD等軟件繪制圖件，作為最終的分析成果。在進(jìn)行資料處理的時(shí)候，視電阻率斷面圖發(fā)揮著不可或缺的作用，也是高密度電法勘探的其中一種定性圖件。視電阻率斷面圖可以對(duì)電性分布的特征進(jìn)行顯示，而根據(jù)顯示出來(lái)的相關(guān)電性分布特征就可以鎖定地質(zhì)體的視電阻率范圍，明確電性異常點(diǎn)。然后再利用已知地形、相關(guān)地質(zhì)材料、實(shí)際使用電極裝置等確定電性異常的誘因，然后排除一切干擾因素后確定真實(shí)異常，找出目的體的位置。最常見(jiàn)的電性異常誘因有三種：第一種是地形因素引起的假異常，第二種是局部不均勻體引起的異常，第三種是探測(cè)目的地質(zhì)體引起的真異常。
3野外工作方法
集中式高密度由測(cè)量主機(jī)、多路電極轉(zhuǎn)換器、集中式高密度電纜、銅電極組成。高密度電阻率法有多種裝置形式，主要有：（1）溫納排列（α排列）、（2）偶極裝置（β排列）、（3）施倫貝爾排列排列、（4）三極AMN排列或MNB排列。工程勘察中較常用到的裝置為溫納排列。
4工程實(shí)例應(yīng)用
4.1基巖界線探測(cè)
下圖為某水庫(kù)岸邊的高密度電法探測(cè)圖。測(cè)線總長(zhǎng)232m，采用溫納排列方式，電極距8m，共布置30道。從圖上可以看出該地層從上而下視電阻率增大，基巖界面較清晰。下圖為某隧道工程的高密度電法探測(cè)圖。測(cè)線總長(zhǎng)408m，采用溫納排列方式，電極距8m，共布置52道。從圖上可以看出該地層從上而下視電阻率增大，基巖界面較清晰。里程k3+140~210段基巖埋深較淺，覆蓋層厚度小于2m。
4.2斷層及破碎帶探測(cè)
下圖為某引水工程中隧道段的高密度電法探測(cè)圖。測(cè)線總長(zhǎng)472m，采用溫納排列方式，電極距8m，共布置60道。從圖上可以看出測(cè)線120~280m段上部基巖完整性較好，下部54m以下出現(xiàn)低阻抗段，呈橢圓形，推測(cè)為破碎帶，巖體完整性差，可能富含水，隧道施工需加強(qiáng)圍巖支護(hù)和排水措施。某高校為了解決學(xué)校的用水問(wèn)題，需要在指定的范圍內(nèi)選擇深水井施工點(diǎn)。該井計(jì)劃井深130m~150m，開(kāi)孔口徑220mm，終孔口徑不小于110mm，要求成井日出水量不少于200m3/d。根據(jù)高密度電法探測(cè)圖中圈定的破碎含水帶位置確定深水井的施工位置，成井后實(shí)測(cè)穩(wěn)定出水量平均為9.78m3/h(合234.8m3/d)。
4.3土洞、溶洞探測(cè)
下圖為三明某建筑場(chǎng)地的高密度電法探測(cè)圖。從圖中可以溶洞表現(xiàn)為低阻，圍巖相對(duì)為高阻，反映非常明顯。在6m深度以上分布多個(gè)小土洞，大小不一；在測(cè)線55m~65m處表現(xiàn)為低阻，呈橢圓狀，為溶洞發(fā)育，并與覆蓋層相連通。
5結(jié)束語(yǔ)
實(shí)踐結(jié)果表明，高密度電阻率法在工程勘察中應(yīng)用廣泛，對(duì)基巖界線、斷層及破碎帶、溶洞等地質(zhì)構(gòu)造均可取得較理想的探測(cè)效果，能真實(shí)、直接地反映出工程地質(zhì)、水文地質(zhì)等問(wèn)題。地質(zhì)鉆探結(jié)合高密度電阻率法進(jìn)行綜合地質(zhì)勘探，點(diǎn)與面的綜合分析，更加直觀的反映地質(zhì)情況，可快速、科學(xué)合理地對(duì)場(chǎng)地作出地質(zhì)評(píng)價(jià)。
參考文獻(xiàn)：
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作者：陳少博 單位：福建華東巖土工程有限公司