高密度電法在贛西地區(qū)巖溶勘察中的應用

黃志芳，王明麗，鄧曉斌，劉 平

1.江西省煤田地質(zhì)勘察研究院，江西 南昌 330001

2.河南省地球物理工程勘察院，河南 鄭州 450053

3.江西信息應用職業(yè)技術(shù)學院，江西 南昌 330043

0 引言

由于電廠建筑對地基有特殊要求，特別是巖溶地基，必須查明擬建廠區(qū)巖溶的發(fā)育情況，尤其是要查明冷卻塔下的地質(zhì)情況，為了得到擬建廠區(qū)最新的較全面的巖溶發(fā)育情況，僅靠鉆探的方法，不僅耗時長花費高而且對整個廠址的異常控制精度不高。巖溶地基勘察一直是巖土工程界的一大難題，當前解決這一難題的主要方法是高密度電法，高密度電法具有直觀、經(jīng)濟、快速、高效的特點，可以快速有效的查明勘測區(qū)的巖溶異常分布形態(tài)。但其缺點是對于異常的垂向分辨率較低，且針對不同的地質(zhì)地形條件，采用不同的裝置方法將會造成不同的探測結(jié)果，為了得到較準確較全面的探測成果，在一個測區(qū)根據(jù)已知鉆孔做高密度參數(shù)試驗是很有必要的。

1 高密度電法工作的原理

高密度電法原理與常規(guī)電法相同，以巖石、礦物的電性差異為基礎(chǔ)，通過觀測和研究人工建立的電流場在大地中的分布規(guī)律。這是一種適用于淺層電阻率測深——剖面法的陣列電阻率勘探方法。野外測量時預先將全部電極置于測點上，然后通過程控電極轉(zhuǎn)換器和電測儀進行數(shù)據(jù)采集。因為電極是一次布置完成的，數(shù)據(jù)采集是程序控制自動進行的，其工作效率很高，而且可以避免手工操作容易出現(xiàn)的錯誤。一次布置完電極后，可以進行多種電極裝置，從而獲得豐富的地電斷面信息。

2 高密度電法測量工作

高密度電法自上世紀80年代從日本引入我國以來，在工程勘探中應用效果顯著，越來越被工程物探界所關(guān)注。高密度電法與常規(guī)電阻率法相比布置了較高的測點密度，一次可以完成縱橫二維勘探過程，實現(xiàn)了電阻率的快速采集，觀測精度較高，數(shù)據(jù)采集較可靠，對地電結(jié)構(gòu)具有一定成像功能，能獲取豐富的地質(zhì)信息。目前該方法廣泛應用于工程地質(zhì)勘察和環(huán)境災害檢查，如覆蓋層厚度、裂隙、洞穴、軟弱夾層探測等。野外作業(yè)時，將全部電極置于測點，然后利用程控電極開關(guān)和電法儀器實現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速自動采集

3 應用實例

3.1 工程概況

勘察區(qū)位于江西省分宜市，地貌屬丘陵及山前沖積平原，第四系覆蓋層主要為紅色-褐黃色粉質(zhì)粘土，下伏基巖主要為二疊系石灰?guī)r，灰?guī)r中溶洞、溶溝、溶槽和溶蝕裂隙等巖溶現(xiàn)象發(fā)育。電廠建筑對地基有特殊的要求，特別是巖溶地區(qū)，如若地下存在不良地質(zhì)體，則對整個設(shè)計將造成較大的影響，尤其是兩個冷卻塔的設(shè)計位置，是重點探測的范圍。

3.2 電性特征

高密度電法勘察是本次勘探的方法之一。地層間的電性差異是進行高密度電法工作的基礎(chǔ)，對地層電性特征的認識是對電性層進行地質(zhì)標定、構(gòu)造解釋的基礎(chǔ)。石炭系、奧陶系與其上覆各地層接觸均存在明顯的電性差異，基巖的電阻率一般大于100Ω·m，而覆蓋層電阻率一般小于100Ω·m。覆蓋層內(nèi)的卵礫石也具有較高的電阻率，但與石炭系、奧陶系地層相比成明顯的不均勻性，分布往往形成孤立島狀高阻，因此利用電性特征能夠區(qū)分基巖與覆蓋層間的界限。

3.3 參數(shù)選擇

在進行鉆探施工時，鉆孔ZK16在深24m處見一高17m溶洞，直到41m結(jié)束。根據(jù)這一已知鉆孔數(shù)據(jù)，設(shè)計沿著地層走向方向布置了一條通過鉆孔ZK16的高密度電法測線，并分別采用了溫納裝置及施倫貝爾裝置進行數(shù)據(jù)采集，現(xiàn)場即對原始數(shù)據(jù)進行了處理解釋，國內(nèi)目前普遍多使用瑞典的2DRES軟件進行數(shù)據(jù)處理，經(jīng)過一系列的數(shù)據(jù)處理流程，得到兩種不同裝置的反演結(jié)果圖，如圖1、圖2所示。圖1為溫納裝置反演結(jié)果圖，圖2為施倫貝爾裝置反演結(jié)果圖。

圖1 溫納裝置

圖2 施倫貝爾裝置

仔細分析對比兩種裝置的反演結(jié)果圖，可以發(fā)現(xiàn)兩種裝置對異常的反映分辨率差別較大:圖1對應ZK16位置并無明顯的巖溶異常，但在鉆孔的兩側(cè)有低阻異常。圖2對應ZK16的位置從21m左右開始有一藍色低阻異常，直至深部50多米結(jié)束，對應的視電阻率范圍為10Ω·m ～60Ω·m，解釋為巖溶反映，而鉆孔實際為21m見溶洞至41m結(jié)束。圖2的異常范圍較鉆孔結(jié)果要大，這是由于受體積效應的影響，異常的范圍大小較鉆孔所見巖溶深度要大，但溶洞頂部位置對應的比較吻合。分析對比試驗結(jié)果后，決定采用施倫貝爾裝置對整個勘察區(qū)進行探測。

3.4 資料處理結(jié)果分析

物探解釋工作一般都是從已知到未知，從簡單到復雜，當基巖面巖溶裂隙發(fā)育時，基巖面橫向上呈向下凹陷的電性反映，淺部的低阻孤立體，若與基巖面以下的低阻異常有關(guān)聯(lián)，則有可能是基巖面巖溶裂隙發(fā)育的一種表現(xiàn)形式。石灰?guī)r基巖，橫向上呈高阻反映，當巖溶裂隙發(fā)育時，局部會出現(xiàn)低阻異常，特別是低阻孤立體，表明此處巖溶裂隙較發(fā)育，極易形成溶洞等不良地質(zhì)現(xiàn)象。

野外數(shù)據(jù)采集完成后，進入數(shù)據(jù)處理階段，得到各條測線的反演斷面圖。在對各條測線進行解釋的時候，參照試驗結(jié)論進行半定量解釋。根據(jù)當?shù)氐刭|(zhì)情況，地下極有可能存在溶洞暗河，所以根據(jù)測區(qū)內(nèi)各條測線解釋的異常，組合成可能連通的異常圈，再繪制出平面異常圖。

3.5 鉆孔驗證

鉆孔驗證是對物探工作評價最直接的方法，列表1為提供的三個驗證孔的驗證結(jié)果，可以看出，在充分做了試驗準備工作，參照試驗結(jié)果進行的半定量解釋，可靠性是相對較高的。

表1

圖3 驗證孔1反演結(jié)果圖

圖4 驗證孔2反演結(jié)果圖

驗證孔1鉆探驗證結(jié)果與解釋結(jié)果較為接近，驗證孔2的鉆探過程出現(xiàn)掛壁現(xiàn)象，說明推斷的異常中心位置與實際位置有偏差。

4 總結(jié)與分析

1）高密度電法工作是目前工程勘察用的較好的一種物探方法，在實際工作中，由于工作效率高、所反映的地電信息量大而受到廣大同行的信賴。但由于其測量原理、方法技術(shù)的限制，也存在較大的局限性，分辨率較低。而且定量解釋困難，只能確定其中心位置，對確切范圍較難確定；2）為了高密度電法工作準確率，野外工作要嚴格按照規(guī)范執(zhí)行，在條件允許的情況下，結(jié)合鉆孔進行試驗工作選定合適的裝置、極距，解釋工作更需要充分結(jié)合地質(zhì)資料進行解釋，以達到準確解決不同地址問題的目的。

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