高密度電法在勘察工程中應(yīng)用分析與評(píng)價(jià)

鄭 龍，馬紫娟，王文麗

（中國(guó)地震局 蘭州地震研究所，甘肅 蘭州 730000）

高密度電法在勘察工程中應(yīng)用分析與評(píng)價(jià)

鄭 龍，馬紫娟，王文麗

（中國(guó)地震局 蘭州地震研究所，甘肅 蘭州 730000）

高密度電法是現(xiàn)今在工程勘察中運(yùn)用廣泛的物探方法之一。它具有自動(dòng)化程度高，工作效率高，異?，F(xiàn)象直觀等優(yōu)點(diǎn)，在管線探測(cè)、物探找水、巖溶及地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查等工程物探中已逐漸成為常用的方法。本文中，將運(yùn)用高密度電法在蘭州某場(chǎng)地進(jìn)行場(chǎng)地地層反演，并運(yùn)用前期工程勘察手段加以佐證，再一次證明高密度電法在實(shí)際工程中的實(shí)用性。

高密度電法;工程應(yīng)用;地層反演

1 概述

高密度電法屬于電阻率法的范疇，它是在常規(guī)電法勘探基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種勘探方法，仍然是以巖土體的電性差異為基礎(chǔ)，研究在施加電場(chǎng)的作用下，地下傳導(dǎo)電流的變化分布規(guī)律。高密度電法利用程控電極轉(zhuǎn)換器，由微機(jī)控制選擇供電電極和測(cè)量電極，實(shí)現(xiàn)了高效率的數(shù)據(jù)采集，已經(jīng)成為常規(guī)物探方法之一[1]。

高密度電法實(shí)際上是一種陣列勘探方法,野外測(cè)量時(shí)只需將全部電極(幾十至上百根)置于測(cè)點(diǎn)上,然后利用程控電極轉(zhuǎn)換開關(guān)和微機(jī)工程電測(cè)儀便可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速和自動(dòng)采集。當(dāng)測(cè)量結(jié)果送入微機(jī)后,還可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并給出關(guān)于地電斷面分布的各種物理解釋的結(jié)果。顯然,高密度電阻率勘探技術(shù)的運(yùn)用與發(fā)展,使電法勘探的智能化程度大大向前邁進(jìn)了一步[2]。高密度電阻率剖面一般采用擬斷面等值線圖、彩色圖或灰度圖來(lái)表示,由于它表征了地電斷面每一測(cè)點(diǎn)視電阻率的相對(duì)變化,因而,該圖在反映地電結(jié)構(gòu)特征方面具有更為直觀和形象的特點(diǎn)[3]。因此，也在管線檢測(cè)、物探找水、巖溶及地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查等工程物探中逐漸成為了常用的方法[4]。

2 高密度電法的工作原理

高密度電法中研究中開始的排列方式主要有三種：α，β和γ[5,6,7]，運(yùn)用最為常見的為溫納裝置，即當(dāng)發(fā)射電極AB和接受電極MN滿足AM=MN=NB時(shí)的裝置系統(tǒng)，其測(cè)量的電阻率ρs，單位Ω·m，表達(dá)式為：

式中K為裝置系數(shù)；ΔUMN為MN兩級(jí)的電壓，單位V；I為電流，單位A。

高密度電法工作流程如圖1所示，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由主機(jī)、多路電極轉(zhuǎn)換器、電極系三部分組成。多路電極轉(zhuǎn)換器通過(guò)電纜控制電極系各電極的供電與測(cè)量狀態(tài);主機(jī)通過(guò)通訊電纜、供電電纜向多路電極轉(zhuǎn)換器發(fā)出工作指令、向電極供電并接收、存貯測(cè)量數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集結(jié)果自動(dòng)存入主機(jī),主機(jī)通過(guò)通訊軟件把原始數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī),計(jì)算機(jī)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成處理軟件要求的數(shù)據(jù)格式,經(jīng)相應(yīng)處理模塊進(jìn)行畸變點(diǎn)剔除、地形校正等預(yù)處理后,最終二維反演、成圖。

圖1 高密度電法工作示意圖

2 高密度電法的實(shí)際應(yīng)用

2.1 高密度電法解釋基礎(chǔ)

實(shí)際工程場(chǎng)地地層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，自上而下可分為三層：①雜填土，②黃土狀粉質(zhì)粘土，卵石層，現(xiàn)自

上而下分述如下：

①雜填土(Q4mL)：厚度0.5～1.2m，黃褐～灰褐色，稍濕，以粉土為主，混卵、礫石和建筑垃圾，定為素填土不合理上部可見較多的植物根系、腐殖質(zhì)及蟲孔，結(jié)構(gòu)疏松。

②黃土狀粉質(zhì)粘土(Q4al+pl)：層厚8.4～15.4m，西厚東薄，層頂埋深 0.5～1.2m，層頂標(biāo)高 1771.06～17872.58m，連續(xù)分布，土質(zhì)較均勻，黃褐～紅褐色，稍濕，干強(qiáng)度低，韌性中等，搖震反應(yīng)慢，稍有光澤。

③卵石層(Q3al+pl)：埋深約9.6～15.9m，西深東淺，層頂高程1757.08～1763.75m，鉆入該層2.9～8.1m未穿透，雜色～青灰色，粒徑多為40～90mm，多呈亞圓形或次圓形，卵石粒間充填物以粗砂為主，分選和磨圓良好，稍密～中密，母巖巖性主要為砂巖、灰?guī)r、花崗巖、石英巖等，該層在場(chǎng)地內(nèi)普遍分布，地層較穩(wěn)定。

2.2 高密度電法結(jié)果分析

由于場(chǎng)地地形限制，本次高密度電法測(cè)試采用道間距為5m，可以探測(cè)的最大深度為33.8m。高密度測(cè)線的測(cè)試方向?yàn)橛晌飨驏|。反演得到的數(shù)據(jù)出圖，如圖2所示。

圖2 高密度測(cè)線反演地電阻率曲線

根據(jù)反演得到的數(shù)據(jù)圖，剖面大致分為兩層，分界面稍有起伏，地表至反演深度15m為相對(duì)低電阻率層，電阻率在67.3Ω·m之下；15m以下為相對(duì)高阻層，電阻率在67.3Ω·m之上，推測(cè)該地層為卵石層。這與前期勘察所得到的數(shù)據(jù)基本吻合，高密度電法也反映出卵石層西深東淺的現(xiàn)象。

3 結(jié)語(yǔ)

1）根據(jù)勘察結(jié)果和高密度電法解析結(jié)果，可以看到，高密度電法基本能夠反映出地層埋藏深度，起伏狀況，并且可以和前期勘察結(jié)果相一致。可以認(rèn)為，高密度電法在工程勘察中的應(yīng)用是具有一定的實(shí)用性的。

2）本次物探工作中，高密度電法對(duì)于地層的大體埋深等方面具有較高的反應(yīng)，但是對(duì)于規(guī)模較小的透鏡體以及層厚較小的土層，精度還是不夠。所以，結(jié)合必要的工程勘察手段以及其他資料，在工程勘察工作中也是必不可少的。

[1]袁忠明，韋乙杰.高密度電阻率法偶極裝置在某道路工程巖溶探測(cè)中的應(yīng)用[J].工程地球物理學(xué)報(bào)，2015,12(1): 72-74.

[2]董浩斌,王傳雷.高密度電法的發(fā)展與應(yīng)用[J].地學(xué)前緣（中國(guó)地質(zhì)大學(xué),北京)，200310(1):171-176.

[3]趙光輝.高密度電法勘探技術(shù)及其應(yīng)用[J].礦產(chǎn)與地質(zhì), 200,20（2）:166-168.

[4]劉曉東,張虎生,朱偉忠.高密度電法在工程物探中的應(yīng)用[J].工程勘察,2001（4）:64-66.

[5]王運(yùn)生,王旭明.用目標(biāo)相關(guān)算法解釋高密度電法資料[J].勘察科學(xué)技術(shù)，2001（1）：62-64.

[6]deG ROOT-HEDLIN C,CONSTABLES.Occam’s inversion to generate smooth,two-dimensional models form magneto tel-luricdata[J].Geophysics,1990（55）:1613-1624.

[7]SASAKIY.Resolution of resistivity tomography inferred from numericalsimulation[J].Geophysical Prospecting,1992,40:453.

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