高密度电阻率法在工程勘探中的应用

高密度电阻率法在工程勘探中的应用

高密度能源法是20世纪80年代提出的一种新技术。其基本原理与常规的电阻率法完全相同,所不同的是高密度电阻率法在观测中设置了较高密度的测点,现场测量只需将全部电极布置在一定间隔的测点上,然后进行探测。高密度电法其二维地电断面能较直观地反映基岩线和基岩构造,了解与围岩存在电性差异的断裂构造的发育情况,固定采空区的范围,本文论述了其在某防空洞探测中的应用。1密度因子法的研究1.1高密度电阻率法高密度电法是根据水文、工程及环境地质调查的实际需要而研制的一种电阻率法观测系统。它是以岩土的电性差异为基础的一种电探方法,根据在施加电场作用下地层传导电流的分布规律,推断地下具有不同电阻率的地质体的赋存情况。与常规电阻率法相比,高密度电阻率法在野外信息采集过程中可组合使用多种装置形式,因而采集的信息量大,数据观测精度高,在电性不均匀体的探测中取得了良好的地质效果。高密度电阻率法有如下的优点:1.1.1电极布设一次性完成,减少了因电极设置引起的干扰和由此带来的测量误差;1.1.2能有效的进行多种电极排列方式的测量,从而可以获得较丰富的关于地电结构态的地质信息;1.1.3数据的采集和收录全部实现了自动化(或半自动化),不仅采集速度快,而且避免了由于人工操作所出现的误差和错误;1.1.4可以实现资料的现场实时处理和脱机处理,根据需要自动绘制和打印各种成果图件,大大提高了电阻率法的智能化速度。可见,高密度电阻率法是一种成本低、效率高、信息丰富、解释方便且勘探能力显著提高的电法勘探新方法。1.2存储剖面数据试验采用重庆奔腾数控技术研究所生产的WGMD-2型高密度电阻率测量系统,该仪器具有存储量大、测量准确快速、操作方便等优点,可存储400条剖面数据,并可与计算机串行通讯进行数据传输。常用电源由日产YAMAHA汽油发电机提供直流电,最大输出电压500V,数据处理采用RES2DINV软件。1.3防空洞的几何位置试验在某省的一地区的进行,已知该地区存在数个防空洞,只知道其大体方位,但是具体位置尚待确定。为了了解不同深度的防空洞在物探剖面上的特征,特意布设了两条试验剖面测线。1.3.1相对直接地面下深度I号测线,长约150m,东西方向,与巷道的走向大体平行,下有两个巷道,规格3.5m×3.5m,相对埋藏的深度大约25m。II号测线,长约120m,北西向,与巷道呈小角度斜交,埋深约为12m,在侧线范围内的巷道规格为5m×3m。1.3.2同极距装置2.采用RES2DINV软件对个装置观测的数据进行地形校正、正演反演计算,同时对等值线进行归一化处理,确保同色阶对应相同的视电阻率,成果图用同极距不同装置以图表列出,以便于比较。为提高对目标体的纵向分辨率,除对数据进行常规的计算处理外,还编制了纵向分辨率比值效应参数H的转换程序:H(i+1,j)=ρs(i+1,j)/ρs(i,j)式中:ρs为视电阻率测试中对该地区I线A-MN-M装置的观测数据进行了纵向分辨率比值效应参数H的转换处理,取得了较好的效果。1.4高密度电阻率法测量数据的处理方法高密度电阻率法的数据处理和资料解释工作是高密度电阻率法勘探的重要环节。数据处理的内容包括数据拼接、数据格式转换、数据预处理、地形校正、正演和反演计算,最后得到反演视电阻率成像色谱图,并对其进行地质解释的过程。高密度电阻率法的测量数据在处理方法上采用佐迪方法进行二维反演。佐迪法是基于schfumberger和Wenner法的解释而提出的。它的原理是通过不断调整初始模型参数使正演曲线与实际曲线之差达到最小,由此所得的最终模型参数作为反演结果,得到的模型也就作为实际测量所得到的地质模型。视电阻率剖面色谱图,可形象、直观地反映各测试剖面的地电断面电性展布趋势。2排列大小的影响高密度电阻率法的野外数据采集是通过阵列电极装置形式来实现的。电极排列的长度和电极间距的大小直接影响采集数据剖面对空洞的反映能力。电极间距越小对目标体的探测精度越高,但是如果电极数固定不变,随着电极间距的减少,排列长度也相应减少,从而减少了剖面的探测深度,也影响了对埋深较大的空洞的探测能力。因此野外作业时,要首先收集相关资料,对空洞的尺寸大小和分布深度有大致了解,先做试验,然后设计合理的数据采集排列使探测目标体落在排列探测区域的有效范围内。虽然高密度电阻率探测结果具有体积效应,但是剖面分析的分辨率仍和最小电极距相当。从这一点考虑,最小电极距一般应为探测深度的1/10-1/15。如果电极间距小于探测深度的1/15,测得的结果中就包含一些不稳定随机因素,同时也容易产生“伪像”。3测量电极的装置设计高密度电法是许多普通电法排列、测点的组合,通常将许多电极(一般为60个),按一定极距(一般为1～5m)排列,通过电缆、开关控制箱与测量仪器相连。测量时测量仪器通过指令控制开关控制箱,以一定的排列顺序将电极转换成供电电极或测量电极。根据不同的电极排列方式,可分为不同的装置方式,下面实际勘探使用的装置为:点距1m、120根电极、排列长119m,滚动覆盖,α排列(温纳装置)。近年来,高密度电阻率法被广泛应用于大型工程中,如广梧高速公路、探测覆盖层厚度、隧道工程、应用于岩溶路基勘查等等,现在以某地区的防空洞为例,说明其应用效果。3.1防空洞的位置抗战时期,为了躲避敌军的炮火以及为了存储重要的战略物资,特意修建了众多防空洞,战争年代起到了巨大的作用,随着战争的胜利,防空洞逐渐被人们所遗忘,其位置亦不为人所知。但是随着社会主义现代化建设的进行,特别是一些大型工程的兴建,不可避免的要考虑到深层地质条件,因而受有关单位的委托,我们于07年6月对该地区进行了高密度电法勘探,以确定防空洞的具体位置和其所占空间。3.1.1间草地的植物配置该地区位于成都市某处,地处山前冲击平原、剥蚀残丘坡麓地带及山间洼地,地势较为平坦,靠近耕作区,以种植水稻为主。根据现场工程地质调查,该区地层主要由上覆第四系坡、残疾亚粘土和下伏石炭系灰岩、砂岩组成,其中灰岩与砂岩、粉砂岩为不整合接触关系。3.1.2地面施工3.1.2.存储剖面数据试验采用重庆奔腾数控技术研究所生产的WGMD-2型高密度电阻率测量系统,该仪器具有存储量大、测量准确快速、操作方便等优点,可存储400条剖面数据,并可与计算机串行通讯进行数据传输。常用电源由日产YAMAHA汽油发电机提供直流电,最大输出电压500V,数据处理采用RES2DINV软件。3.1.2.密度电阻率法根据任务对勘探深度的要求,本次高密度电阻率法采用的是1.0m的电极距,采用的装置形式为Pole-Dipole,供电时间1秒,横压电源。3.1.2.第1测线的长度由于现场的条件限制和勘探任务的要求,我们一共布置了两条测线,每条测线的长度根据现场具体的情况有所不同。第一条测线共布置了60个电极,设置的层数为16层,长度为119m,方向为东西方向;第二条测线也为60个电极,设置的层数亦为16层,长度也为119m,方向为北西方向。3.1.2.利用条件转换软件进行地质解释高密度电法资料处理流程首先将存储在仪器内的测量数据通过传输软件传输到计算机,进行坏点切除、地形校正及格式转换等预处理,然后将数据导入Surfer软件,汇成视电阻率等直线图,依据等直线图上的视电阻率值的变化特征结合钻探和地质调查资料做出地质解释。3.1.2.高密度电法反演电阻率剖面的确定由实测数据应用高密度电法专用处理软件进行编辑、计算、分析、反演等处理后,可获得反演视电阻率剖面图。影响介质电阻率的因素主要为岩性、含水率、密实度、粒经等。对于非饱和第四系土层,含水率、密实度越高、粒经越小,电阻率值越低;当含水率、粒经度不变时,电阻率值大小基本反映了土体密实度的变化。根据本次勘探的成果,在勘探范围内的地基土主要有第四系全新统、上更新统的冲击、海积物组成。根据地基土层的物理力学性质、成因类型和埋藏条件等,将地基土划分为7个岩土单元。现将其列表如下:下图为典型的高密度电法反演电阻率剖面,现在分别进行解释及分析上图为高密度滴在电阻率法排列反演电阻率剖面图,从图中可以看出,地面是高阻的砂石地面,在深度为2.5～4.5m之间,坐标28.0对应的下面存在一个明显的高阻,即是我们所探测的防空洞之所在同时还可以看到,其它地区没有什么特殊的高阻异常,在46.0对应的位置有一高阻异常出现,那是由于测量误差或是和电面相连通所造成的结果。这是高密度的优点,是其它方法难以达到的。4高密度电阻率法高密度电阻率法自动化程度较高,勘探费