高密度電法在非開(kāi)挖工程中的應(yīng)用

鄭賀祥

(安徽省煤田地質(zhì)局水文勘探隊(duì),安徽宿州 234000)

當(dāng)今隨著城市的不斷開(kāi)發(fā)與建設(shè),城市管道的鋪設(shè)工程也日益增多。采用非開(kāi)挖技術(shù)可以克服人工開(kāi)挖鋪設(shè)管道造成的費(fèi)時(shí)、費(fèi)力又阻塞交通的缺點(diǎn),從而得到低能、環(huán)保、降耗的效果,因此非開(kāi)挖鋪設(shè)城市管道技術(shù)在市政工程建設(shè)中得到了越來(lái)越多的應(yīng)用。然而在城市改建、擴(kuò)建工程中不可避免地存在地下障礙物,要使非開(kāi)挖鋪設(shè)管道能順利鋪設(shè)到位,必須清楚管道穿越地段地層的巖性及厚度,使管道穿越地段地層的巖性及障礙物一目了然。并能根據(jù)測(cè)量出各層巖性的深度與厚度及障礙物的大小,制定科學(xué)的鋪設(shè)方法,使用高密度電法這一技術(shù)手段能有效的解決這方面的難題。

1 原理與工作方法

高密度電法是八十年代國(guó)際上興起的一種電法勘探方法,其原理與常規(guī)的電阻率法基本相同。不同的是前者在探測(cè)剖面上同時(shí)布置多道電極,由人工控制向地下發(fā)送電流,使地下形成穩(wěn)定的電流場(chǎng),通過(guò)自動(dòng)控制轉(zhuǎn)換裝置對(duì)所布設(shè)的剖面進(jìn)行自動(dòng)觀測(cè)和記錄。高密度電法可進(jìn)行二維地電斷面測(cè)量,兼具剖面法和測(cè)深法的功能,是進(jìn)行地層劃分、探測(cè)隱伏斷層構(gòu)造、巖溶空洞及地質(zhì)滑坡體等的一種有效手段。相對(duì)而言,高密度電法具有測(cè)點(diǎn)密度大、信息量大、工作效率高等特點(diǎn),測(cè)量過(guò)程中,通過(guò)轉(zhuǎn)換裝置控制電極間的不同排列組合,能夠?qū)崿F(xiàn)直流電法勘探中的各種裝置形式的探測(cè),可以提供更多的地電斷面信息,有利于對(duì)比分析,因此充分發(fā)揮了物探技術(shù)在勘探中的優(yōu)勢(shì)。

2 工作方法的研究

2.1 工作裝置的選擇

高密度電阻率法實(shí)際上是一種陣列勘探方法。在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量時(shí),它只需要在預(yù)先選定的測(cè)線和測(cè)點(diǎn)上,將全部電極設(shè)置在一定間隔的測(cè)點(diǎn)上,然后通過(guò)特制的電極轉(zhuǎn)換裝置根據(jù)需要將這些電極組合成指定的電極裝置和電極距,快速完成多種電極裝置和多電極距在觀測(cè)剖面的多個(gè)測(cè)點(diǎn)上的電阻率法觀測(cè)。再配上相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理、成圖和解釋軟件,便可以及時(shí)完成給定的地質(zhì)勘查任務(wù)。其中,高密度電法勘探施貝裝置 α排列,最小間隔系數(shù) n(MIN)=1,最大間隔系數(shù)n(MAX)=16。

2.2 極距的選擇

極距的選擇應(yīng)視施工目的的要求及被測(cè)對(duì)象的規(guī)模、埋深及電性來(lái)選定,一般采

用四極對(duì)稱的電測(cè)深方法,極距在 0.5～1.0m范圍內(nèi),以確保探測(cè)到薄層巖層及地下較小的障礙物。

3 資料分析方法的研究

3.1 資料處理

野外實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)經(jīng)編輯、調(diào)整后,進(jìn)一步對(duì)曲線或繪圖單元進(jìn)行圓滑處理,以達(dá)到消除干擾、突出異常、提高解釋精度之目的。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)處理后可獲得高密度電法視電阻率斷面圖。通過(guò)對(duì)比分析掌握管道穿越地段的視電阻率變化特征及不同電阻率介質(zhì)層的分布形態(tài),進(jìn)而判別管道穿越地段是否有障礙物或其它不良結(jié)構(gòu)現(xiàn)象的存在。當(dāng)管道穿越地段的巖性均勻,無(wú)不良結(jié)構(gòu)現(xiàn)象存在時(shí),視電阻率等值線有規(guī)律的均勻分布,近水平層狀。當(dāng)管道穿越地段的巖性無(wú)上述類型存在時(shí)則視電阻率等值線將發(fā)生變化,表現(xiàn)為成層性差,梯度變化大,出現(xiàn)高阻或低阻閉合圈等異常形態(tài)。

3.2 資料解釋

筆者在宿州、揚(yáng)州、河南等地采用施貝 1工作裝置,根據(jù)高密度電法實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),繪制的視電阻率斷面圖(等值線圖)均客觀地反映了測(cè)試區(qū)地面以下垂直根據(jù)參數(shù)測(cè)定及區(qū)域地層電阻率分析可知,測(cè)區(qū)內(nèi)巖層情況如下：

第四系粘土層的電阻率一般為 0～20歐姆?米

第四系砂質(zhì)土及土質(zhì)砂的電阻率一般為 20歐姆?米 ～30歐姆?米

第四系砂層的電阻率一般為 30歐姆?米以上。

水泥管道及巖石的電阻率一般為 80歐姆?米—數(shù)百歐姆?米以上。

1)視電阻率等值線上、下低,中間高,層次分明,電阻率值變化較為平穩(wěn),2 m～5m視電阻率值為 20歐姆?米左右,巖性主要是粘土、砂質(zhì)粘土及粘土質(zhì)砂,5～7 m視電阻率值在 30歐姆?米左右,表明存在一層薄層砂層。7m以下視電阻率值又降到 20歐姆?米左右,說(shuō)明巖性以粘土為主,此段0～10m無(wú)厚層砂和障硬物存在,因此不影響管道穿越,但在水平距離 20m垂深 8～9 m的地方出現(xiàn)高阻閉合圈,有一不明的硬物存在,直接影響管道穿越。(見(jiàn)圖 1)

圖1 宿州市某段地電斷面圖

2)視電阻率等值線層次較差,出現(xiàn)局部高阻閉合圈,從圖 2可知,在水平距離 7米和水平距離 18 m左右,垂深7～8 m的地方出現(xiàn)二個(gè)高阻閉合圈,說(shuō)明此二處各有一不明的硬物存在,影響管道穿越。5m以上視電阻率值為 20歐姆?米左右,巖性多為粘土和粘土質(zhì)砂,無(wú)較明顯的砂層存在。5～8 m視電阻率值為 30歐姆?米左右,有較明顯的厚層砂層存在。管道穿越時(shí),做好防砂坍塌工作。(見(jiàn)圖 2)。

圖2 揚(yáng)州某段地電斷面圖

3 結(jié)論

高密度電法勘探作為一種比較成熟的地球物理勘探方法,具有簡(jiǎn)便、快速、經(jīng)濟(jì)、適用場(chǎng)地小,應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn),但對(duì)高密度電法的勘探理論的研究以及實(shí)際應(yīng)用等有待進(jìn)一步的深入和開(kāi)拓,使之在生產(chǎn)實(shí)踐中不斷總結(jié)完善和提高。