禹 峰， 藍(lán)天鵬， 楊 鋒

(中國能源建設(shè)集團(tuán) 安徽省電力設(shè)計(jì)院有限公司，安徽 合肥 230001)

網(wǎng)絡(luò)并行電法在電力工程巖溶勘察中的應(yīng)用

禹 峰， 藍(lán)天鵬， 楊 鋒

(中國能源建設(shè)集團(tuán) 安徽省電力設(shè)計(jì)院有限公司，安徽 合肥 230001)

網(wǎng)絡(luò)并行電法作為一種新型地球物理勘探手段，相對(duì)于傳統(tǒng)的電法勘探有著明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。簡要介紹了網(wǎng)絡(luò)并行電法的基本原理，結(jié)合工程實(shí)例具體說明網(wǎng)絡(luò)并行電法的應(yīng)用實(shí)踐，旨在為電力工程中的巖溶勘察工作提供一些有益的經(jīng)驗(yàn)與參考。

電力工程；巖溶；網(wǎng)絡(luò)并行電法；工程勘察

0 引 言

許多電力工程位于巖溶發(fā)育地區(qū)，能否準(zhǔn)確判別巖溶發(fā)育的規(guī)模及性質(zhì)對(duì)工程建設(shè)的安全性和經(jīng)濟(jì)性影響巨大。在巖溶勘察工作中，物探方法得到廣泛應(yīng)用。

網(wǎng)絡(luò)并行電法是在高密度電法[1-2]的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的一種并行電位數(shù)據(jù)采集方法，其不但能完成傳統(tǒng)電法的各種測(cè)量方式，還可以在短時(shí)間內(nèi)采集海量數(shù)據(jù)，具有勘探效率高、解譯效果好等優(yōu)點(diǎn)[3-4]。

1 網(wǎng)絡(luò)并行電法基本原理

網(wǎng)絡(luò)并行電法是以分布式并行智能電極電位差信號(hào)采集方法為技術(shù)核心支撐的直流電法，每次供電可同時(shí)獲得多個(gè)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)，是一種全電場(chǎng)觀測(cè)技術(shù)[5-6]。

基于網(wǎng)絡(luò)并行電法技術(shù)開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)并行電法勘探系統(tǒng)由PC機(jī)、測(cè)量主機(jī)、電極陣列和電纜系統(tǒng)組成。一般采用集中式64道電極的設(shè)置。網(wǎng)絡(luò)并行電法系統(tǒng)除供電電極外每一個(gè)電極都能自動(dòng)采樣[7]。各電極通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與主機(jī)保持實(shí)時(shí)聯(lián)系，在接受供電狀態(tài)命令時(shí)電極采樣部分?jǐn)嚅_，讓電極處于供電狀態(tài)(即供電電極A或B)，否則一直處在電源采樣狀態(tài)(即測(cè)量電極M)，并通過通訊線實(shí)時(shí)地將測(cè)量數(shù)據(jù)送回主機(jī)[8]。

通過供電與測(cè)量的時(shí)序關(guān)系對(duì)自然場(chǎng)、一次場(chǎng)、二次場(chǎng)電壓數(shù)據(jù)及電流數(shù)據(jù)自動(dòng)采樣，采樣過程沒有空閑電極出現(xiàn)。所采集的數(shù)據(jù)可進(jìn)行自然電位、視電阻率和激發(fā)極化參數(shù)等數(shù)據(jù)處理[9-10]。

2 應(yīng)用實(shí)例

2.1 工程概況及場(chǎng)地特征

某新建110 kV風(fēng)電場(chǎng)升壓站工程站址(圖1)地表有基巖出露，巖性為寒武系灰?guī)r，顏色為灰黑色、青灰色、局部灰白色，薄層狀，層面多陡傾，產(chǎn)狀為305°～328°∠50°～85°，局部露頭為橢球狀，有溶蝕的跡象。

圖1 站址區(qū)巖溶地貌圖

2.2 工作方法及工作布置

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，完成并行電法2站探測(cè)工作，每站布置64個(gè)電極，極距2.5 m，無窮遠(yuǎn)電極B距測(cè)區(qū)300 m以上。

勘探線(點(diǎn))布置如圖2所示。

圖2 站址區(qū)物探工作布置圖

2.3 數(shù)據(jù)成果解譯

根據(jù)測(cè)區(qū)實(shí)際情況，設(shè)立坐標(biāo)系如圖3所示。采用“WBD2型”并行電法處理系統(tǒng)對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析解譯，并借助EarthImager3D及Surfer8軟件進(jìn)行反演、成圖，得到變電站基地區(qū)域地表以下10 m內(nèi)地層物探成果水平切片圖。

圖3 工作區(qū)物探成果三維立體透視圖

結(jié)合物探成果三維透視圖，可以看出變電站基地范圍存在三個(gè)疑似相對(duì)低阻異常，分別為DZ1、DZ2、DZ3，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)及已知地質(zhì)資料，對(duì)相對(duì)低阻區(qū)推斷解釋如下，其平面異常對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖4所示。

DZ1：位于X=4～30 m、Y=0～20 m區(qū)域，異常阻值小于230 Ω·m，與圍巖電阻率有明顯差異，豎直方向發(fā)育深度超過6 m，最大達(dá)10 m；結(jié)合以往勘察經(jīng)驗(yàn)故推斷DZ1異?？赡転槿芏矗瑑?nèi)部充填粘性土等低阻體。

DZ2：位于X=56～72 m、Y=0～14 m區(qū)域，異常阻值小于230 Ω·m，與圍巖電阻率有明顯差異，豎直方向發(fā)育深度超過6 m，推斷可能為溶洞發(fā)育，含低阻填充。

DZ3：位于X=80～88 m、Y=0～8 m區(qū)域，異常阻值在230 Ω·m以下，低于圍巖電阻率值，豎直發(fā)育深度6 m以上，推斷可能為溶洞。

圖4 工作區(qū)物探解譯結(jié)果平面對(duì)應(yīng)圖

2.4 物探結(jié)果驗(yàn)證

物探結(jié)果驗(yàn)證原則與方法：根據(jù)物探測(cè)試成果，對(duì)發(fā)現(xiàn)的3處疑似巖溶發(fā)育區(qū)域進(jìn)行鉆探驗(yàn)證，鉆孔驗(yàn)證結(jié)果如表1所列。

表1 鉆孔揭露巖溶情況一覽表

根據(jù)鉆探情況，并結(jié)合物探測(cè)試成果，工程場(chǎng)地內(nèi)巖溶發(fā)育規(guī)律如下：

(1) 站址區(qū)巖溶現(xiàn)象主要發(fā)育在站址西側(cè)區(qū)域，由于地層層面多為陡傾狀，巖溶發(fā)育以溶溝、溶槽和石芽為主。

(2) 物探成果中提出的可疑區(qū)域DZ1范圍內(nèi)存在巖溶發(fā)育現(xiàn)象，地表可見洼地、溶溝及溶槽，溶溝內(nèi)充填粘性土，鉆孔中發(fā)現(xiàn)地表下巖溶豎向發(fā)展深度可達(dá)1.1～1.6 m。同時(shí)，該區(qū)域?yàn)榛規(guī)r與閃長玢巖接觸地帶，由于侵入巖阻水性較好，水流將順接觸帶延伸方向流動(dòng)，從而造成該地帶圍巖溶蝕發(fā)育較強(qiáng)烈。

(3) 物探成果中提出的可疑區(qū)域DZ2和DZ3范圍內(nèi)上部巖體非常破碎，巖溶裂隙較發(fā)育，裂隙中充填粘性土，巖體以強(qiáng)風(fēng)化為主。根據(jù)地質(zhì)調(diào)查結(jié)果，該區(qū)域內(nèi)巖體受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，存在褶曲現(xiàn)象，節(jié)理裂隙相對(duì)發(fā)育，巖體相對(duì)破碎，因此巖溶現(xiàn)象發(fā)育強(qiáng)烈。

后期本站址在施工過程中，果然在DZ1區(qū)域揭露出規(guī)模與解譯結(jié)果推斷近似的小型溶洞及填充物，并在DZ2、DZ3區(qū)域發(fā)現(xiàn)了巖溶破碎帶，該結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證了網(wǎng)絡(luò)并行電法的解譯成果。站址施工開挖揭露的溶洞照片，如圖5所示。

圖5 站址施工開挖揭露的溶洞照片

3 結(jié) 論

(1) 網(wǎng)絡(luò)并行電法是一種并行電位數(shù)據(jù)采集方法，可以在短時(shí)間能采集海量數(shù)據(jù)，具有勘探效率高、解譯效果好等優(yōu)點(diǎn)。

(2) 作為一種新型的電法勘探數(shù)據(jù)采集分析方法，應(yīng)該在以后的工作中進(jìn)一步推廣并積累經(jīng)驗(yàn)，使之成為電力巖溶勘察工作中的一個(gè)有力手段。

[1] 吳超凡，邱占林，楊勝倫，等.網(wǎng)絡(luò)并行電法與傳統(tǒng)電法超前探測(cè)效果對(duì)比[J].物探與化探，2015，39(1)：141～145.

[2] 徐興松，高文龍.高密度電法工程地質(zhì)勘察應(yīng)用實(shí)例探析[J].電力勘測(cè)設(shè)計(jì)，2012,2(1)：21～24.

[3] 胡水根，劉盛東.電法勘探中并行數(shù)據(jù)采集與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集效率的比較研究[J].地球物理進(jìn)展，2010,25(2):612～617.

[4] 劉盛東，吳榮新，胡水根等.網(wǎng)絡(luò)分布式并行電法勘探系統(tǒng)[A].中國地球物理22屆年會(huì)論文集[C].成都：四川科學(xué)技術(shù)出版社，2006.251.

[5] 劉盛東，張平松.分布式并行智能電極電位差信號(hào)采集方法[P].中國發(fā)明專利：zl200410014020.0,2004.6.18.

[6] 吳榮新，張平松，劉盛東.雙巷網(wǎng)絡(luò)并行電法探測(cè)工作面內(nèi)薄煤區(qū)范圍[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2009，9(1)：111～115.

[7] Istiansen A V,Auken E.Optimizing a layered and laterally constrained 2D inversion of resistivity data using Broyden's update and 1D derivatives[M].Journal of Applied Physics,2004.

[8] Loke M H,Dahlin T.A comparison of the Gauss-Newton and quasi-Newton methods in resistivity imaging inversion[M].Journal of Applied Geophysics，2002.

[9] Olayinka A L,Yaramanci U.Use of block inversion in the 2-Dinterpretation of apparent resistivity data and its comparisonwith smooth inversion[M].Journal of Applied Geophysics，2000.

[10] Mauriello P,Patella D.Resistivity anomaly imaging by probability tomography[M].Geophysical Prospecting,1999.

2016-07-13；修改日期：2016-07-25

禹 峰(1972-)，男，安徽和縣人，中國能源建設(shè)集團(tuán)安徽省電力設(shè)計(jì)院有限公司高級(jí)工程師．

P631.3

A

1673-5781(2016)04-0457-03