高密度電法在非開挖工程中的應用

鄭賀祥

(安徽省煤田地質局水文勘探隊,安徽宿州 234000)

當今隨著城市的不斷開發與建設,城市管道的鋪設工程也日益增多。采用非開挖技術可以克服人工開挖鋪設管道造成的費時、費力又阻塞交通的缺點,從而得到低能、環保、降耗的效果,因此非開挖鋪設城市管道技術在市政工程建設中得到了越來越多的應用。然而在城市改建、擴建工程中不可避免地存在地下障礙物,要使非開挖鋪設管道能順利鋪設到位,必須清楚管道穿越地段地層的巖性及厚度,使管道穿越地段地層的巖性及障礙物一目了然。并能根據測量出各層巖性的深度與厚度及障礙物的大小,制定科學的鋪設方法,使用高密度電法這一技術手段能有效的解決這方面的難題。

1 原理與工作方法

高密度電法是八十年代國際上興起的一種電法勘探方法,其原理與常規的電阻率法基本相同。不同的是前者在探測剖面上同時布置多道電極,由人工控制向地下發送電流,使地下形成穩定的電流場,通過自動控制轉換裝置對所布設的剖面進行自動觀測和記錄。高密度電法可進行二維地電斷面測量,兼具剖面法和測深法的功能,是進行地層劃分、探測隱伏斷層構造、巖溶空洞及地質滑坡體等的一種有效手段。相對而言,高密度電法具有測點密度大、信息量大、工作效率高等特點,測量過程中,通過轉換裝置控制電極間的不同排列組合,能夠實現直流電法勘探中的各種裝置形式的探測,可以提供更多的地電斷面信息,有利于對比分析,因此充分發揮了物探技術在勘探中的優勢。

2 工作方法的研究

2.1 工作裝置的選擇

高密度電阻率法實際上是一種陣列勘探方法。在現場測量時,它只需要在預先選定的測線和測點上,將全部電極設置在一定間隔的測點上,然后通過特制的電極轉換裝置根據需要將這些電極組合成指定的電極裝置和電極距,快速完成多種電極裝置和多電極距在觀測剖面的多個測點上的電阻率法觀測。再配上相應的數據處理、成圖和解釋軟件,便可以及時完成給定的地質勘查任務。其中,高密度電法勘探施貝裝置 α排列,最小間隔系數 n(MIN)=1,最大間隔系數n(MAX)=16。

2.2 極距的選擇

極距的選擇應視施工目的的要求及被測對象的規模、埋深及電性來選定,一般采

用四極對稱的電測深方法,極距在 0.5～1.0m范圍內,以確保探測到薄層巖層及地下較小的障礙物。

3 資料分析方法的研究

3.1 資料處理

野外實測的數據經編輯、調整后,進一步對曲線或繪圖單元進行圓滑處理,以達到消除干擾、突出異常、提高解釋精度之目的。實測數據處理后可獲得高密度電法視電阻率斷面圖。通過對比分析掌握管道穿越地段的視電阻率變化特征及不同電阻率介質層的分布形態,進而判別管道穿越地段是否有障礙物或其它不良結構現象的存在。當管道穿越地段的巖性均勻,無不良結構現象存在時,視電阻率等值線有規律的均勻分布,近水平層狀。當管道穿越地段的巖性無上述類型存在時則視電阻率等值線將發生變化,表現為成層性差,梯度變化大,出現高阻或低阻閉合圈等異常形態。

3.2 資料解釋

筆者在宿州、揚州、河南等地采用施貝 1工作裝置,根據高密度電法實測數據,繪制的視電阻率斷面圖(等值線圖)均客觀地反映了測試區地面以下垂直根據參數測定及區域地層電阻率分析可知,測區內巖層情況如下：

第四系粘土層的電阻率一般為 0～20歐姆?米

第四系砂質土及土質砂的電阻率一般為 20歐姆?米 ～30歐姆?米

第四系砂層的電阻率一般為 30歐姆?米以上。

水泥管道及巖石的電阻率一般為 80歐姆?米—數百歐姆?米以上。

1)視電阻率等值線上、下低,中間高,層次分明,電阻率值變化較為平穩,2 m～5m視電阻率值為 20歐姆?米左右,巖性主要是粘土、砂質粘土及粘土質砂,5～7 m視電阻率值在 30歐姆?米左右,表明存在一層薄層砂層。7m以下視電阻率值又降到 20歐姆?米左右,說明巖性以粘土為主,此段0～10m無厚層砂和障硬物存在,因此不影響管道穿越,但在水平距離 20m垂深 8～9 m的地方出現高阻閉合圈,有一不明的硬物存在,直接影響管道穿越。(見圖 1)

圖1 宿州市某段地電斷面圖

2)視電阻率等值線層次較差,出現局部高阻閉合圈,從圖 2可知,在水平距離 7米和水平距離 18 m左右,垂深7～8 m的地方出現二個高阻閉合圈,說明此二處各有一不明的硬物存在,影響管道穿越。5m以上視電阻率值為 20歐姆?米左右,巖性多為粘土和粘土質砂,無較明顯的砂層存在。5～8 m視電阻率值為 30歐姆?米左右,有較明顯的厚層砂層存在。管道穿越時,做好防砂坍塌工作。(見圖 2)。

圖2 揚州某段地電斷面圖

3 結論

高密度電法勘探作為一種比較成熟的地球物理勘探方法,具有簡便、快速、經濟、適用場地小,應用范圍廣等優點,但對高密度電法的勘探理論的研究以及實際應用等有待進一步的深入和開拓,使之在生產實踐中不斷總結完善和提高。