高密度電法在供水工程場地塌陷區(qū)勘探中的應(yīng)用

朱化田 （合肥供水集團(tuán)，安徽 合肥 230001）

高密度電法在供水工程場地塌陷區(qū)勘探中的應(yīng)用

朱化田 （合肥供水集團(tuán)，安徽 合肥 230001）

高密度電法作為一種物探手段，具有效率高、無損傷、探測深度大、可靠性高等特點(diǎn)，在工程勘察中發(fā)揮著重要的作用。文章主要介紹高密度電法在供水工程場地塌陷勘探中的應(yīng)用，探測結(jié)果可查明塌陷區(qū)的范圍及規(guī)模，為后期的加固處理提供科學(xué)指導(dǎo)依據(jù)。

高密度電法；巖土勘察；塌陷區(qū)；溫納裝置

近年來，物探因輕便、快速、經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)，在復(fù)雜工程場址的勘察中得到廣泛應(yīng)用，根據(jù)不同的地質(zhì)特征，合理選擇不同的物探方法，可解決相應(yīng)的工程地質(zhì)問題。目前探測塌陷區(qū)的地球物理手段主要包括高密度電法、瑞雷面波法、探地雷達(dá)法、放射性法、瞬變電磁感應(yīng)技術(shù)、地震勘探技術(shù)等，不同的地球物理方法各有優(yōu)缺點(diǎn)。地下塌陷區(qū)的地球物理性質(zhì)明確，與周邊巖土體存在著物性差異，如電阻率、速度差異等物性差異。高密度電法利用塌陷區(qū)與圍巖的電性差異，能夠探測出塌陷區(qū)的位置、大致規(guī)模、埋深等。筆者運(yùn)用高密度電法在某供水工程長江取水口部位進(jìn)行探測，其目的是查明塌陷區(qū)的范圍及規(guī)模，取得了較好的效果。

高密度電法測量系統(tǒng)，單個(gè)排列最多可打120根電極，有9種不同的測量裝置可供選擇。在塌陷或孔洞區(qū)調(diào)查中，溫納裝置效果是最好的。溫納裝置是不同深度的對稱四極剖面裝置，點(diǎn)距可根據(jù)勘探深度和密度需要自由選取，本次工作我們選取點(diǎn)距2m。AM、MN、NB等間距，平行地面方向?qū)Φ貙訏呙?次，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)1層，以后每增大1個(gè)點(diǎn)距，重復(fù)掃描1層，數(shù)據(jù)分層存儲(chǔ)1次，掃描深度由淺到深，適合固定斷面掃描。它的電極排列規(guī)律是：A、M、N、B（其中A、B是供電電極，M、N是測量電極），AM=MN=NB為一個(gè)電極間距，隨著間隔系數(shù)n由nmin逐漸增大到nmax，4個(gè)電極之間的間距也均勻拉開。該裝置適用于固定斷面掃描測量，其特點(diǎn)是測量斷面為倒梯形，電極排列見圖1。

圖1 溫納裝置電極排列示意圖

上述排列模式采集的數(shù)據(jù)量較大，能得到一個(gè)倒梯形的測深剖面，而且深部的分辨率也較高?，F(xiàn)場實(shí)測的數(shù)據(jù)可采用專用的分析軟件（Res2dinv）進(jìn)行分析處理，先進(jìn)行突變點(diǎn)剔除工作，再根據(jù)需要，進(jìn)行數(shù)據(jù)圓滑處理和地形改正，最后通過反演計(jì)算，可得到反映地層電性特征的電阻率剖面圖。

安徽某地供水工程取水口緊鄰長江外護(hù)堤約40m，進(jìn)行取水頂管的施工，施工場地由于場地為長江河漫灘及一級階地上，土質(zhì)為粉質(zhì)粘土和細(xì)砂。由于頂管施工過程中，其施工工藝為噴水旋轉(zhuǎn)，細(xì)砂層和粉質(zhì)粘土層強(qiáng)度和穩(wěn)定性降低，產(chǎn)生流沙現(xiàn)象，最后發(fā)展到該處長江外護(hù)堤的局部塌陷，影響了長江外護(hù)堤的安全。為了確保長江外護(hù)堤安全渡汛，保護(hù)堤內(nèi)的生產(chǎn)安全，加固處理之前需要查清塌陷區(qū)的范圍及規(guī)模。

場地巖土工程勘察報(bào)告顯示場地地層簡單，一般情況下物性較均勻，當(dāng)?shù)貙邮艿酵饨鐢_動(dòng)后，強(qiáng)度和均勻性被破壞，擾動(dòng)和塌陷區(qū)的地層視電阻率與原地層的視電阻率產(chǎn)生差異，對于區(qū)分原始地層和被擾動(dòng)及塌陷區(qū)有利。

由于該區(qū)地下水位較高，根據(jù)以往工作經(jīng)驗(yàn)，擾動(dòng)地層與塌陷區(qū)在位于潛水面以下時(shí)常充填軟塑—流塑狀粉質(zhì)粘土或水，與原始地層的物性差異明顯?？梢姡緟^(qū)具備用高密度電法探測擾動(dòng)地層與塌陷區(qū)的地球物理前提條件，說明選取該方案進(jìn)行探測是可行的。

根據(jù)本次勘查的深度及目標(biāo)體規(guī)模，本次物探勘查采用高密度電法的溫納裝置（WN），共布置剖面5條，各測線長90m，線距6m～12m，各剖面電極數(shù)為45根，電極間距1.5m～2m，觀測層數(shù)14層。其中發(fā)現(xiàn)低阻異常區(qū)有3條測線，高密度電法溫納裝置剖面分別見圖2～圖4。

圖2 2線高密度電法溫納裝置剖面圖

圖2為2線高密度電法溫納裝置剖面，該線走向近東西向，測線長度90.0m，電極距為2.0m，最大隔離系數(shù)為15。據(jù)圖2可知，0.0～3.5m地層的視電阻率值一般為20.0Ω·m～50.0Ω·m，為耕填土與粉質(zhì)粘土的反映；3.5m以下地層的視電阻率值一般為50.0Ω· m～150.0Ω·m，為細(xì)砂反映。在剖面水平位置34.0m～46.0m處，地層界面不連續(xù)，存在一低阻異常區(qū)，異常形態(tài)近似梯形。

圖3 4線高密度電法溫納裝置剖面圖

圖3為4線高密度電法溫納裝置剖面圖，該線位于2線南8.0m，測線走向近東西向，測線長度90.0m，電極距為2.0m，最大隔離系數(shù)為15。根據(jù)圖3可知，0.0～4.0m地層的視電阻率值一般為15.0Ω·m～45.0Ω·m，為耕填土與粉質(zhì)粘土的反映；4.0m以下地層的視電阻率值一般為50.0Ω·m～150.0Ω·m，為細(xì)砂反映。在剖面水平位置38.0m～50.0m處，地層界面不連續(xù)，存在一低阻異常區(qū)。

圖4 6線高密度電法溫納裝置剖面圖

根據(jù)圖4可知，0.0～1.5m地層的視電阻率值較高，為壩體表層較松散干燥引起；1.5m～4.0m地層的視電阻率值一般為15.0Ω·m～45.0Ω·m,為耕填土與粉質(zhì)粘土的反映；4.0m以下地層的視電阻率值一般為50.0Ω·m～150.0Ω·m,為細(xì)砂反映。在剖面水平位置36.0m～50.0m處，地層界面不連續(xù)，存在一低阻異常區(qū)。

地球物理物探方法種類較多，應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣，但在實(shí)際工作中不同種的物探方法都有其適用條件，要根據(jù)不同地質(zhì)特征和勘察任務(wù)要求，采用不同的物探方法。本工程的勘查場地具備用高密度電法探測塌陷區(qū)的地球物理前提條件，因此選取高密度電法進(jìn)行綜合地球物理勘查效果良好，取得的數(shù)據(jù)可靠，達(dá)到預(yù)期目的。

[1]王興泰.工程與環(huán)境物探新方法與新技術(shù)[M].北京：地質(zhì)出版社，1996．

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TU195

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10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.05.096