高密度電阻率法在管線探測(cè)中的應(yīng)用

管曉曲，趙紅磊，徐權(quán)，李國(guó)福

（湖北省地質(zhì)局第四地質(zhì)大隊(duì)，湖北咸寧437000）

1 引言

高密度電法的測(cè)量點(diǎn)密度較高，得到的信息量也相對(duì)較大，是電剖面法和電測(cè)深法的結(jié)合。它的應(yīng)用領(lǐng)域比較廣，特別是在水文地質(zhì)和工程地質(zhì)勘察方面[1]，例如，管線探測(cè)、尋找地下水、查明采礦區(qū)、探測(cè)巖溶發(fā)育區(qū)以及劃分各類地層等工作。高密度電法是基于介質(zhì)電性差異勘探天然或人工電場(chǎng)的變化。一般而言，埋設(shè)的管道和它的包圍介質(zhì)之間有明顯的電性差異。

城市地下空間建設(shè)項(xiàng)目中通常要探測(cè)一些小目標(biāo)體，感應(yīng)類電磁法無(wú)法直接探測(cè)出目標(biāo)體，為了提高橫向和縱向分辨率，采用高密度電阻率法。本文圍繞高密度電阻率法在識(shí)別燃?xì)夤艿馈⑴潘艿赖膽?yīng)用展開(kāi)論述。

2 高密度電阻率法原理

高密度電法是用供電電極（A、B）向地下供直流（或超低頻流）電流，同時(shí)，在測(cè)量電極（M、N）間觀測(cè)電勢(shì)差（ΔUMN），并計(jì)算出視電阻率（ρs）,由此可得ρs的計(jì)算公式[2]：

式中，k為裝置系數(shù)，本文章高密度電法均采用α裝置；I為供電電流。

利用高密度電法進(jìn)行野外測(cè)量時(shí)，將全部電極（幾十至上百根）置于剖面上，利用程控電極轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)和微機(jī)工程電測(cè)儀實(shí)現(xiàn)剖面中不同電極距、不同電極排列方式的數(shù)據(jù)快速自動(dòng)采集。各電極同時(shí)或不同時(shí)沿選定的測(cè)線按規(guī)定的電距間隔移動(dòng)。該方法觀測(cè)工作簡(jiǎn)單、效率高、信息豐富、解釋方便、勘探能力較強(qiáng)[3]。高密度電法數(shù)據(jù)處理由程序自動(dòng)進(jìn)行，解釋準(zhǔn)確、方便。對(duì)少數(shù)奇變點(diǎn)進(jìn)行圓滑處理時(shí)，利用最小二乘法進(jìn)行二維反演計(jì)算，繪制電阻率反演成果圖，解釋人員根據(jù)異常形態(tài)和發(fā)育特征進(jìn)行推斷解釋，以確定覆蓋層厚度，推斷目標(biāo)物的地質(zhì)—物性特征和賦存狀態(tài)，從而達(dá)到解決工程地質(zhì)問(wèn)題的目的。

3 高密度電法的應(yīng)用

3.1 高密度電法識(shí)別燃?xì)夤艿?/h3>

某工程項(xiàng)目區(qū)域地層屬揚(yáng)子地層區(qū)下?lián)P子分區(qū)，地表大部分為第四系覆蓋，出露志留系、石炭系上統(tǒng)、二疊系、三疊系及侏羅系下統(tǒng)～中統(tǒng)地層，缺失泥盆系及石炭系下統(tǒng)、侏羅系上統(tǒng)，被第四系覆蓋的地層有奧陶系。第四系土視電阻率呈現(xiàn)相對(duì)低阻，開(kāi)挖擾動(dòng)后的松散回填土視電阻率明顯升高，因燃?xì)夤艿罏镻E材質(zhì)，充滿空氣，其視電阻率為高阻。管道直徑約為315mm，體積較小，在埋深較小的位置對(duì)體積場(chǎng)的貢獻(xiàn)較大，在埋深大于1m以上時(shí)，對(duì)體積場(chǎng)的貢獻(xiàn)較小，其宏觀視電阻率被貧化。該燃?xì)夤艿乐睆綖?15mm，開(kāi)挖直埋段埋深小于2m，目標(biāo)體的直徑＞1/10的埋深，理論上可以探測(cè)出管道的視電阻率異常。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘對(duì)某城市燃?xì)夤艿肋M(jìn)行探測(cè)，現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)示樁極少，且不在正確位置，PE管所帶示蹤線不連續(xù)，且直連連接不上，故不能用電磁感應(yīng)法以及管線儀器直接探測(cè)，并且覆蓋層為含水超低阻第四系土，不適合用地質(zhì)雷達(dá)工作，故采用高密度進(jìn)行探測(cè)。

管道穿越園區(qū)長(zhǎng)度約4km，50～100m范圍內(nèi)布置了約40條垂直管道走向的高密度斷面。從埋深及管徑考慮，斷面采用60道電極，電極距0.3m。電阻率測(cè)量裝置采用溫納裝置，該裝置橫向分辨率突出。電極數(shù)為60根，供電時(shí)間為4s。剖面布設(shè)采用皮尺量測(cè)，推測(cè)管道點(diǎn)位標(biāo)記。本文選取了典型剖面解譯。

斷面采用60道電極，電極距0.3m，點(diǎn)號(hào)1～60，如圖1所示，視電阻率值約為10～20Ω·m，點(diǎn)號(hào)45～50下方呈帶狀高阻的特征，視電阻率值在18～20Ω·m，由于剖面布在離耕織地表只有50cm的溝槽里，管道埋深只有0.6m，視電阻率對(duì)體積場(chǎng)的貢獻(xiàn)明顯增大，高阻異常較突出，擾動(dòng)了含水界面，類似于地質(zhì)上的高阻“斷層”，埋管開(kāi)挖施工區(qū)相當(dāng)于將土壤松散回填，形成了一個(gè)高阻“斷層”，推測(cè)為燃?xì)夤艿篱_(kāi)挖位置。后期經(jīng)過(guò)開(kāi)挖驗(yàn)證，燃?xì)夤艿牢恢门c推測(cè)相符。

圖1 高密度1線剖面成果圖

3.2 高密度電法識(shí)別排水管道

某城市工業(yè)園區(qū)（與前工程區(qū)域不在同一位置）地下管線情況復(fù)雜，存在大管徑、大埋深的老舊非金屬管線，管道穿越孟養(yǎng)浩路，屬新建道路下的老舊管道，管頂埋深1.4m，管徑1m，材質(zhì)為混凝土，需要探明排水管道位置的分布情況，無(wú)法使用電磁感應(yīng)等常規(guī)工程物探方法探測(cè)其平面位置及埋深，故采用高密度電法進(jìn)行探測(cè)。

區(qū)域地層屬揚(yáng)子地層區(qū)下?lián)P子分區(qū)，地表大部分為第四系覆蓋，出露志留系、石炭系上統(tǒng)、二疊系、三疊系及侏羅系下統(tǒng)～中統(tǒng)地層，缺失泥盆系及石炭系下統(tǒng)、侏羅系上統(tǒng)，被第四系覆蓋的地層有奧陶系。剖面垂直于管道布設(shè)，剖面長(zhǎng)13m，點(diǎn)距0.5m，點(diǎn)號(hào) 17～43，如圖 2所示，視電阻率值大致在 3～500Ω·m，點(diǎn)號(hào)21～22下方呈現(xiàn)封閉低阻圈的特征，視電阻率值在3～27Ω·m，管道大部分充水有裂隙貫通，形成了低阻封閉圈，推測(cè)為排水管道開(kāi)挖位置。淺部的高阻為干燥的土層和水泥路面的反映。后期經(jīng)過(guò)開(kāi)挖驗(yàn)證，排水管道位置與推測(cè)相符。

圖2 高密度剖面成果圖

4 結(jié)語(yǔ)

在感應(yīng)類電磁法受到地質(zhì)條件和人文條件的限制時(shí)，高密度電阻率法通過(guò)提高橫向和縱向分辨率，以達(dá)到識(shí)別小目標(biāo)體的目的，這時(shí)，高密度電阻率法可以作為感應(yīng)類電磁法的補(bǔ)充，例如，尋找孤石、淺部構(gòu)造、較大口徑，較大埋深的非金屬管道，前人遺留的構(gòu)筑物等[3]。在滿足目標(biāo)體的直徑≥1/10埋深的條件時(shí)，高密度電阻率法可以探測(cè)出目標(biāo)體。