張 峰
(新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院物探隊(duì) 新疆 昌吉 831100)
利用物探技術(shù)了解地層、地質(zhì)結(jié)構(gòu)的空間分布特征,是工程地質(zhì)勘察工作中不可或缺的重要技術(shù)手段之一。能為工程地質(zhì)勘察提供依據(jù)的物探方法有很多,而高密度電法則是眾多物探方法中較為有效、快速的測(cè)試方法之一。本文結(jié)合工程實(shí)例來(lái)介紹一下高密度電法在工程地質(zhì)勘察中的應(yīng)用。
高密度電法是一種陣列式電阻率測(cè)量方法,它綜合了垂向電測(cè)深及電測(cè)深剖面的特點(diǎn),與常規(guī)電阻率法相比,高密度電法在野外采集過(guò)程中可組合多種裝置形式,采集點(diǎn)距小、數(shù)據(jù)密度大,因而大大增加了采集的信息量,提高了觀測(cè)精度。由于高密度電法可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速采集并與計(jì)算機(jī)結(jié)合,從而大幅提高了工作效率,能較為直觀反映地下被探測(cè)介質(zhì)之間的電性差異。
高密度電法野外勘探一般采用溫納裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,電極距視勘探深度及縱向跨度而定,電極距一般為3m~10m,觀測(cè)層數(shù)一般為20~30層。如果剖面長(zhǎng)度較大,可分段布置剖面,在后期數(shù)據(jù)處理時(shí)可對(duì)剖面進(jìn)行拼接,使其成為一條完整剖面。
3.1.1 溫納а排列
該裝置適用于固定斷面掃描測(cè)量,電極排列如圖1,測(cè)量時(shí),AM=MN=NB為一個(gè)電極間距,A、B、M、N逐點(diǎn)同時(shí)向右移動(dòng),得到第一條剖面線;接著AM、MN、NB增大一個(gè)電極間距,A、B、M、N逐點(diǎn)同時(shí)向右移動(dòng),得到另一條剖面線;這樣不斷掃描測(cè)量下去,得到倒梯形斷面。溫納а排列對(duì)接地條件要求相對(duì)較低一些,在地面干燥,接地電阻較大,供電電流較小時(shí),也能有較高的信噪比,地形的起伏對(duì)數(shù)據(jù)采集的影響相對(duì)較小,但隨著電極距的相應(yīng)增大,分辨率會(huì)下降。
3.1.2 溫納β排列
該裝置電極排列如圖2,測(cè)量時(shí),AB=BM=MN為一個(gè)電極間距,A、B、M、N逐點(diǎn)同時(shí)向右移動(dòng),得到第一條剖面線;接著AB、BM、MN增大一個(gè)電極間距,A、B、M、N逐點(diǎn)同時(shí)向右移動(dòng),得到另一條剖面線;這樣不斷掃描測(cè)量下去,得到倒梯形斷面。
溫納β排列需要較強(qiáng)的供電電流,地形起伏對(duì)數(shù)據(jù)采集的影響相對(duì)較大,但分辨率較高,對(duì)于電性差異較小地質(zhì)異常體的反應(yīng)較為明顯。
數(shù)據(jù)處理是用專用的高密度處理軟件RES2DINV進(jìn)行后期處理。將野外采集的高密度電法數(shù)據(jù)導(dǎo)入計(jì)算機(jī)后,用軟件查看原始數(shù)據(jù),剔除修正非正常值,然后對(duì)修正后的數(shù)據(jù)進(jìn)行最小二乘法反演處理,得到深度與視電阻率的對(duì)應(yīng)關(guān)系,輸出視電阻率等值線色譜圖,最后可加入邊界條件進(jìn)行地形較正。再根據(jù)視電阻率等值線色譜圖在縱、橫方向上的電性差異,結(jié)合已有的資料劃分出不同的電性層,進(jìn)而劃分出地質(zhì)層位或地質(zhì)構(gòu)造體的分布情況。
某水電站工程在地質(zhì)勘察時(shí)推測(cè)有一古河槽由壩線位置通過(guò),為查明古河槽的位置、寬度、最大埋深及走向,物探工作平行于壩線布置了W1、W 2兩條高密度電法剖面。由于地表基本為砂卵礫石層,并在剖面中間位置有一條瀝青路通過(guò),高密度電法采用了溫納а裝置,電極距為5m,觀測(cè)層數(shù)為20層,其測(cè)試成果見(jiàn)圖3、圖4。
圖1 溫納а排列測(cè)點(diǎn)位置示意圖
圖2 溫納β排列測(cè)點(diǎn)位置示意圖
圖3 W1高密度視電阻率色譜剖面圖
圖4 W2高密度視電阻率色譜剖面圖
圖5 G1構(gòu)造調(diào)查高密度視電阻率色譜剖面圖
圖6 G2構(gòu)造調(diào)查高密度視電阻率色譜剖面圖
結(jié)合該測(cè)區(qū)已有地質(zhì)資料對(duì)圖3、圖4進(jìn)行分析判斷,該測(cè)區(qū)覆蓋層視電阻率呈相對(duì)高阻,大約在900Ω·m~3000Ω·m之間,基巖視電阻率呈相對(duì)低阻,大約在200Ω·m~500Ω·m之間,由此推斷在W1剖面樁號(hào)240m~320m處,為古河槽位置,古河槽寬度大約60m,最大埋深30m左右;在W2剖面樁號(hào)225m~315m處,為古河槽位置,古河槽寬度大約90m,最大埋深34m左右。經(jīng)建議,在W1剖面布置了ZK3、ZK4號(hào)鉆孔。
高密度電法解釋成果與鉆孔結(jié)果對(duì)比。高密度電法解釋ZK3號(hào)鉆孔處基巖埋深9m左右,鉆孔結(jié)果顯示基巖埋深8.4m;高密度電法解釋ZK4號(hào)鉆孔基巖埋深33m左右,鉆孔結(jié)果顯示基巖埋深31.7m,表明高密度電法解釋成果與鉆孔結(jié)果基本一致。
在某工程區(qū)域性構(gòu)造調(diào)查中,應(yīng)用了高密度電法測(cè)試。測(cè)區(qū)地形起伏,地表干燥,供電條件相對(duì)較差,因此采用了溫納а裝置,電極距為10m,觀測(cè)層數(shù)為15層~20層。圖5、圖6為該次構(gòu)造調(diào)查中的兩條高密度電法剖面圖,從圖5中分析判斷,該剖面樁號(hào)640 m~780m為一低阻異常反映,寬度約140m,呈左傾,傾角約60°左右;從圖6中分析判斷,該剖面樁號(hào)500 m~570m段為一陡傾角低阻異常反映,寬度約70m,呈左傾,傾角約70°左右。經(jīng)推斷,以上兩處低阻異常均為斷層反映。高密度電法推斷結(jié)果與探槽開(kāi)挖結(jié)果對(duì)比表明,物探測(cè)試結(jié)果與開(kāi)挖結(jié)果基本一致。
高密度電法具有數(shù)據(jù)采集量大、分辨率高、工件效率高的特點(diǎn),如今已被越來(lái)越廣泛的運(yùn)用。在工程地質(zhì)勘察中,高密度電法能更加快速、有效的為地質(zhì)人員提供前期資料,但是在實(shí)際工作中,高密度電法往往會(huì)受到地形、地質(zhì)條件的制約,如地形起伏較大、測(cè)區(qū)巖性多樣、電阻率差異較小等情況,這時(shí)就不宜單獨(dú)選用高密度電法,為了得到更準(zhǔn)確的解釋成果,應(yīng)與多種物探方法相結(jié)合,進(jìn)行綜合分析。陜西水利
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