物探方法在土壤電阻率測試中的應(yīng)用

周傲

江蘇省地質(zhì)工程有限公司 江蘇南京 210000

1 概述

電阻率法是以巖土導(dǎo)電性差異為物理基礎(chǔ)的一種勘探方法，通過研究在人工電場作用下介質(zhì)傳導(dǎo)電流的分布規(guī)律，探測一定深度范圍內(nèi)不同電性地質(zhì)體引起的異常特征，根據(jù)視電阻率的相對值或梯度變化來推測地質(zhì)異常體，從而達(dá)到地質(zhì)解釋的目的[1]。

本次的目的是為設(shè)計(jì)單位提供光伏電站區(qū)域內(nèi)水平方向和垂直方向土壤電阻率；并評價(jià)場地土對鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕性。

（1）工區(qū)位置。測試場地位于某城市沿海經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)。

（2）測試依據(jù)。《變電所巖土工程勘測技術(shù)規(guī)程》DL/T5170-2002；《巖土工程勘察規(guī)范》GB50021-2001（2009版）；《城市工程地球物理探測規(guī)范》CJJ7-2007；第四版《工程地質(zhì)手冊》（參照）。

（3）測試場地環(huán)境。擬建光伏電站位于該地經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)，場地已人為改造，原始地貌景觀已不復(fù)存在，現(xiàn)場地大部分地段雜填土，場地平整，地形起伏不大[2]。測試當(dāng)天天氣為晴天，最低氣溫16°，最高氣溫28°。場地地表干燥，本次電阻率測試點(diǎn)根據(jù)擬建光伏電站角點(diǎn)及現(xiàn)場場地條件而布設(shè)。

（4）測試工作量。按照設(shè)計(jì)要求，結(jié)合現(xiàn)場場地條件，本次在區(qū)內(nèi)布設(shè)5個測試點(diǎn)。1號測點(diǎn)位于場地中間J11孔、2號測點(diǎn)位于場地東北角J5孔、3號測點(diǎn)位于場地西北角C2孔、4號測點(diǎn)位于場地東南角C43孔、5號測點(diǎn)位于場地西南角C41孔。

2 電阻率測試儀器、方法及測試裝置

2.1 測試儀器

本次野外測試所用測試設(shè)備為WDDS-1型數(shù)字電阻率儀。

2.2 測試方法、裝置

本次測試土壤電阻率測試方法采用的是四極垂向電阻率測深法（溫納法），該方法是由2個供電電極和2個測量電極組成，其排列方式為：A-M-O-N-B（對稱排列），但AM、MN、NB等距（a）。土壤中的電流場的深度，即被測土壤的深度，與電極間距離a有密切關(guān)系，隨著a的增大，被探測的土壤或巖層的深度也隨之增大，通過區(qū)域地質(zhì)資料可分析、判斷場地內(nèi)深部土壤或巖層的巖性電阻率。通過改變電極間距離a，求的土壤或巖石電阻率與電極距間a之間的關(guān)系曲線ρ=f（a）。

2.3 測試工作流程

開機(jī)-設(shè)置工作參數(shù)（設(shè)置側(cè)線、排列、極距、供電時間）- 按測量鍵（測量各項(xiàng)參數(shù)）- 存儲測量結(jié)果-跑極（改變極距）- 轉(zhuǎn)測量。

2.4 電阻率計(jì)算方法

用直流供電來測量大地電阻率的方法，通過兩個電極（A、B）向大地發(fā)射電流，電流產(chǎn)生等位線分布，從而有可能用另外兩個電極（M、N）來測量電位差。土壤電阻率值（ρ）計(jì)算公式為：ρ=2πaR，R=U/I，式中ρ表示土壤電阻率，a表示電極距，U表示a之間的電位差，I 表示測試電流。

3 各測試點(diǎn)土壤電阻率特征

根據(jù)設(shè)計(jì)院要求，我們在測區(qū)內(nèi)共布置5個測點(diǎn)。布置方法：場區(qū)4個角點(diǎn)和場區(qū)中間1個測點(diǎn)，以了解整個場地的土壤電阻率變化情況。各鉆孔測點(diǎn)分別為：J11孔①、J5孔②、C2孔③、C43孔④、C41孔⑤測點(diǎn)，斷面組成2條剖面，分別I線為2、1、5和Ⅱ線為3、1、4。

3.1 各測點(diǎn)土壤電阻率特點(diǎn)

觀察各測點(diǎn)曲線，場區(qū)內(nèi)由于受海水影響，視電阻率很低，所測得的視電阻率值均在0．5ΩM-0．8ΩM之間變化，說明該處土壤受海水侵蝕，土壤中賦存海水具有強(qiáng)導(dǎo)電性。4號測點(diǎn)比較特殊，在AB/2=1米處，視電阻率值高達(dá)29．2ΩM；往深處逐漸變小，當(dāng)AB/2=30米時，視電阻率值僅0．8ΩM，推測表層電阻較高主要受海水淡化影響。

3.2 Ⅰ線垂向土壤電阻率特點(diǎn)

I線剖面垂向土壤（巖石）電阻率是由2、1、5測點(diǎn)組成。從斷面圖上看1、5測點(diǎn)土壤（巖石）電阻率值等值線梯度帶，靠近5號點(diǎn)等值線密集。推測由北向南海水逐漸淡化，視電阻率逐漸升高。

3.3 Ⅱ線垂向土壤電阻率特點(diǎn)

Ⅱ線剖面垂向土壤（巖石）電阻率是由3、1、4測點(diǎn)組成。從斷面圖上看1、4測點(diǎn)土壤（巖石）電阻率值等值線梯度帶，靠近4號點(diǎn)等值線密集，最大ρs值高達(dá)29．2ΩM。推測由北向南海水逐漸淡化，視電阻率逐漸升高。

3.4 場區(qū)內(nèi)水平方向土壤電阻率特點(diǎn)

從平面上看，由北向南視電阻率逐漸升高，說明南部淺層砂質(zhì)粉土局部已淡化。

3.5 土對鋼結(jié)構(gòu)腐蝕性評價(jià)

土壤電阻率是表征土壤理化性質(zhì)的重要指標(biāo)之一。一般情況下，可以借助于土壤電阻率大小判斷土壤腐蝕性。根據(jù)土壤電阻率判斷土壤腐蝕性，不同國家有不同標(biāo)準(zhǔn)，但一般均以電阻率小于10Ω．m作為強(qiáng)腐蝕等級。根據(jù)現(xiàn)場測得的土壤電阻率，可推測測區(qū)內(nèi)土壤屬強(qiáng)腐蝕等級。

下面是根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》GB50021-2001（2009版）表12．2．5土對鋼結(jié)構(gòu)腐蝕性做出的評價(jià)，具體數(shù)值分類如下：

土壤視電阻率＜20（Ω·m），腐蝕性等級為強(qiáng)

土壤視電阻率20＜50（Ω·m），腐蝕性等級為中

土壤視電阻率50＜100（Ω·m），腐蝕性等級為弱

土壤視電阻率＞100（Ω·m），腐蝕性等級為微

根據(jù)場地測試點(diǎn)所測得視電阻率值，可以判定場地內(nèi)淺部松散層（粉土層）土體對鋼結(jié)構(gòu)具強(qiáng)腐蝕性。

4 數(shù)據(jù)解釋

（1）場地內(nèi)土壤電阻率統(tǒng)計(jì)如下：①砂質(zhì)粉土層，深度0．6-16．1米，視電阻率為0．4ΩM-29．2ΩM；②粉砂層，深度16米以下，視電阻率為2．3ΩM-3．4ΩM。

（2）從場區(qū)內(nèi)電性分析，視電阻率南高北低，說明場地南部淺層砂質(zhì)粉土局部已淡化，但較淺，C43孔即4號測點(diǎn)反映淡化深度在1米以淺，1米下砂質(zhì)粉土層仍飽含海水。

（3）淺部松散層（砂質(zhì)粉土層）土體對鋼結(jié)構(gòu)具有很強(qiáng)的腐蝕性。

5 結(jié)語

通過對測試結(jié)果的資料解釋，結(jié)論與實(shí)際地質(zhì)情況相吻合，說明了電阻率測試的地球物理勘探方法在土壤電阻率測試中的可行性，為查明土壤電阻率分布規(guī)律以及土體對鋼建筑結(jié)構(gòu)的腐蝕性影響提供了科學(xué)的理論依據(jù)和應(yīng)用基礎(chǔ)[3]。