二维高密度电法（精选10篇）
二维高密度电法 第1篇
交城断裂为太原断陷盆地的西界断裂, 是太原盆地内规模最大的断裂, 对太原盆地的形成、发展起着决定性作用。1998年以来, 在清徐县西边山一带沿交城断裂相继出现了大量的地裂缝, 使沿线的村庄、道路、厂房、农田遭到了不同程度的破坏, 为减轻地裂灾害对清徐县西边山一带建、构筑物的破坏, 为清徐县的城乡建设提供规划依据, 开展了山西省清徐县境内地裂缝勘察评价工作。
根据对区域地质情况和已收集到的资料分析, 断裂带地球物理勘探工作主要采用了二维高密度电法, 用以查明地裂缝的分布。
1 项目概况
清徐县位于山西省中部, 太原市东南端, 行政区划隶属太原市管辖。本次勘察范围为清徐县境内交城断裂带的展布区北西1 km, 南东4 km的范围, 其东起上固驿村北东, 西至武家坡村西, 其北起猫儿梁—刘家园—方山一线, 南至西支河渠一线。本次项目中用二维高密度电法来查明勘查区中地裂缝的位置展布。
2 工作原理
高密度电法是新型电阻率测量方法。它集电剖面和电测深于一体, 采用高密度布点, 进行二维地电断面测量, 数据量大, 信息多;观测精度高, 探测的深度灵活。在工程地质勘察、断裂勘察中的前景十分广阔。
高密度电法的物理前提是地下介质间的导电性差异。和常规电阻率法一样, 它通过A, B电极向地下供电流I, 然后在M, N极间测量电位差ΔV, 从而求得该记录点的视电阻率值ρs=KΔV/I。根据实测的视电阻率剖面, 进行计算、处理、分析, 便可获得地层中的电阻率分布情况, 从而可以划分地层、圈闭异常等。
高密度电法的核心是在观测上采用阵列电极系统 (见图1) 、数据处理上实施二维反演, 由实测的视电阻率值得到真电阻率的分布图像。由于电成像利用了丰富的信息量和非线性反演, 所得结果的分辨率远远高于常规电法勘探。这种二维真电阻率的分布图像十分便于地质工作的分析与解释, 大大地降低了传统电法勘探中的不确定性。由于真电阻率值与地层的岩性、岩石孔隙中液体的性质有着密切关系, 所以在识别断层、破碎带、油气层及其污染源等方面非常有效。
测线布置。本次共布设高密度电法测线20条, 布线原则是大体垂直交城断裂构造走向 (NEE) , 测线方向近SN向。现选取几条测线分析, 测线参数见表1。
3 二维高密度电法资料的地质解释
3.1 高密度电法勘探解释的地质基础
1) 根据交城断裂带有关资料, 本区的地层如下:
a.第四系 (Q) 。区内分布较广, 岩性变化较大, 主要分布于边山一带局部地区及山前平原区。包括中更新统、上更新统及全新统地层。
中更新统 (Q2) :分布于边山及平原区。边山区岩性主要为棕红色粉质粘土, 含古土壤层, 并夹有砂、小砾石薄层, 含少量钙质结构。厚2.0 m~10.0 m, 为坡洪积地层。
上更新统 (Q3) :分布于边山及平原区。边山区岩性为淡黄色黄土状粉质砂土, 夹少量小的钙质结核。厚3.0 m~15.0 m, 属风积成因。平原区埋深一般大于20 m, 岩性为浅黄、灰黄色粉土、粉质粘土夹砂砾石及中细砂层。厚度为15.0 m~20.0 m, 属冲洪积成因。
全新统 (Q4) :分布于山前洪积扇群及白石河和其他河谷中, 为现代河流堆积物, 岩性主要为砂砾石层, 厚20.0 m~40.0 m。
b.二叠系 (P) 。分上、下两个统, 为一套多旋回陆相碎屑岩建造。
下统下石盒子组 (P1x1) :区内基岩山区分布, 分两段。一段 (P1x1) 下部为黄绿色粗中粒长石石英砂岩、硬砂岩, 夹有灰色页岩、薄煤层及煤线;上部为灰色、黄绿色砂质页岩, 厚16.0 m~80.0 m, 与山西组呈整合接触。二段 (P1x2) 下部主要为黄绿色厚层长石砂岩、硬砂岩夹砂质页岩;上部为黄绿色薄层细砂岩与黄绿色砂质页岩、页岩、紫色页岩互层。厚28.0 m~90.0 m。分布于边山一带。
上统上石盒子组 (P2s) :分两段, 区内主要分布一段, 局部有二段分布。一段 (P2s1) 底部为黄绿色厚层含砾粗粒长石砂岩, 其上为黄绿色、杏黄色粉砂岩、砂质页岩以及页岩夹黄绿色长石砂岩及少量紫色页岩。本段厚60.0 m~114.0 m。分布于边山河沟沟坡的大部分地区。二段 (P2s2) 底部为黄绿色含砾硬砂质长石砂岩, 其上为紫色、黄绿色、杏黄色粉砂岩、砂质页岩及页岩。本段厚63.0 m~122.0 m。分布于一段之上, 区内出露面积不大。
2) 水文地质条件。根据地层岩性的分布规律, 清徐县含水岩组包括第四系松散岩类孔隙水和石炭二叠系碎屑岩类裂隙水。其补给来源主要为大气降水, 排泄途径则为人工开采、采煤排水与向下游排泄。
a.松散岩类孔隙水主要分布在冲积平原区, 汾河西岸水位埋藏深度1 m~2 m, 太汾公路一线处于边山洪积扇前缘, 地下水埋深一般为0.5 m~1 m, 形成以大孔隙要素为主的结构特征, 地下水以重力水形式存在于孔隙中, 地下水径流条件一般。
b.石炭、二迭系碎屑岩主要分布在西部边山及沟谷两侧, 主要岩性为砂岩, 岩层裂隙不甚发育, 岩石含水性微弱, 砂岩透水性不良。
根据以上地层和水文地质的分布特点, 测区在勘探深度范围内电性特性分为三套:全新统 (Q4) 为典型的相对高阻层;中更新统 (Q2) 、上更新统 (Q3) 为典型相对低阻层;上统上石盒子组 (P2s) 为典型的相对高阻层。
当有地裂缝存在时, 可能存在两种情况:一种是地裂缝未被填充, 发育于全新统 (Q4) 砂砾石层时, 此时在电性剖面上表现与地层的电性表现相似, 发育于该层的地裂缝无法从电性剖面上反映;发育于上更新统 (Q3) 的粉质粘土层中表现为相对高阻;另一种是地裂缝被填充, 发育于全新统 (Q4) 砂砾石层时, 表现为相对低阻, 发育于中更新统 (Q2) 、上更新统 (Q3) 的粉质粘土层中, 此时在电性剖面上表现与地层的电性表现相似, 发育于该层的地裂缝无法从电性剖面上反映。
以上特征电性层之地质属性确认形成“地质—地球物理模型”, 为高密度电法在本区解决地质构造问题奠定了地质基础。
3.2 二维高密度电法测线分析
1) qx-4 (方山村与马家坡相邻路上) 。该测线位于方山村与马家坡相邻的路上, 测线起始点在北, 电极距5 m, 总电极数20个, 测线长95 m。反演电阻率剖面图见图2。
从图2可以看出:剖面揭露的电性特征非常明显, 电阻率呈现南低北高的特征。电阻率在垂向上大致分为两层, 1层:该层电阻率呈现相对低阻, 电性层厚度约为0.5 m~12.0 m, 厚度变化较大, 沿剖面方向分布不均匀, 在离测线起点约47 m处电性厚度发生突变, 电阻率值约为40Ω·m~86Ω·m, 推测该层为中更新统或上更新统粉质粘土层;2层:该层电阻率表现为相对高阻区, 电性层厚度约为3.1 m~12.4 m, 电阻率值约为100Ω·m~150Ω·m, 该层在离起点约47.0 m处电阻率发生突变, 由于在该深度范围内未见地下水, 剖面两侧的电性差异是两侧岩土层的物性差异引起的, 高阻层分布特征沿剖面南倾, 符合山前基岩的分布特点, 且在测线北段基岩出露, 推测该地层岩性为基岩。
综合剖面上的电阻率分布特征, 由此可以推断有断层 (F1) 通过剖面, 断层两侧电阻率差异明显。断层在地面上的投影位置位于测线起点约47.0 m处, 上棱埋深约11.0 m。
2) qx-7 (东马峪) 。该测线位于东马峪村, 测线起始点在北。电极距3 m, 总电极数60个, 测线长178 m。反演电阻率剖面图见图3。
从图3可以看出:整个剖面电性结构在垂直方向上大体分为两层。1层:电阻率表现为相对高阻区, 该层在横向上分布不均匀, 厚度变化较大, 大体呈透镜状分布, 电性层厚度约为18.0 m~27.1 m, 电阻率值约为100Ω·m~150Ω·m。测线位于山前洪积扇, 推测该层为全新统 (Q4) 的砂砾石层。该层在离测线起点约24 m, 108 m处有小范围低阻异常, 异常自断面顶部向下延伸2.0 m~2.75 m。推测该处有地裂缝通过, 且地裂缝被冲刷后填充;2层:电阻率表现为相对低阻区, 电阻率值约为20Ω·m~50Ω·m, 该层在水平方向分布较均匀, 呈现出舒缓波状, 电性层连续, 推测该层为中更新统 (Q2) 或上更新统 (Q3) 的粉质粘土层, 无地层断错。
综合上述剖面电性层的分布特征, 推测在离测线起点约24 m, 108 m处有地裂缝通过。
3) qx-15 (清徐高速公路收费站西) 。该测线位于清徐高速公路收费站西小树林, 测线起始点在南, 电极距2 m, 总电极数120个, 测线长238 m。
反演电阻率剖面图见图4。
从图4可以看出:剖面揭露的电性比较紊乱, 但仍能分辨电阻率在垂向上大致分为三层。1层:电阻率表现为相对高阻, 该层不连续, 沿测线方向分布不均匀, 部分地段呈透镜状, 厚度变化较大, 范围约为0.5 m~11.6 m, 电阻率值约为40Ω·m~60Ω·m, 推测该层为全新统 (Q4) 的砂砾石层。在该层约118 m处有一低阻异常, 异常影响宽度约为6 m, 推测该处有一地裂缝, 该地裂缝被冲刷的土层所填充;2层:电阻率表现为相对低阻, 该层在横向上分布不均匀, 厚度变化较大, 电性层埋深约为28.00 m~35.0 m, 电阻率值约为15Ω·m~30Ω·m。推测该层为中更新统 (Q2) 或上更新统 (Q3) 的粉质粘土层;3层:电阻率表现为相对高阻, 电阻率值约为40Ω·m~60Ω·m, 该层在水平方向分布均匀, 该电性层在剖面上反映的较少, 推测为中更新统 (Q2) 或上更新统 (Q3) 的砾石层或砂层。
综合上述剖面电性层的分布特征, 推测在离测线起点约为118 m有地裂缝通过。
4 结语
1) 根据地质调查结果, 综合分析地球物理勘探的结果, 位于西边山一带, 分布于交城断裂带上或其上盘250 m的范围内的地裂缝与交城断裂的活动有关, 距断层10 m~20 m的地裂缝下部与断层直接相连, 是断层活动在地表的表现形式, 断裂10 m~20 m之外的地裂缝均为受到断裂上盘地层下降影响产生的裂缝, 均属构造裂缝。
2) 本次物探工作的重点是查明交城断裂带地裂缝的位置, 工作结果表明, 二维高密度电法对地下电结构具有高分辨率, 是研究浅层地质结构行之有效的方法。同时, 由于某些勘查工程受地质地形影响较大, 在一定程度上影响勘探测量的精度, 所以, 结合勘察区域的地质及其他资料, 勘探的准确度会更高。
摘要：以二维高密度电法在清徐县境内地裂缝勘察的工作为例, 介绍了二维高密度电法的工作原理, 对其在地裂缝勘察中的应用进行了研究, 指出二维高密度电法是常用的电阻率测量方法, 它集电剖面和电测深于一体, 采用高密度布点。进行二维地电断面测量, 数据量大, 信息多, 观测精度高, 探测的深度灵活。
关键词：二维高密度电法,活动断裂,地裂缝
参考文献
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浅谈高密度电法勘察隧道工程论文 第2篇
1工程实例及分析
某高速公路拟建隧道位于浙江省东南部，地貌为低山丘陵区。地质资料表明，丘陵表部分布薄层残坡积含黏性土碎石，灰黄色，稍密。下伏基岩为晶屑玻屑凝灰岩，紫灰色，全风化呈砂土状～碎石状，厚度一般较小。本次物探工作的主要目的是查明隧道围岩断层破碎带的位置、分布特征和富水状态，为隧址区的工程评价和设计施工提供科学依据。断层的总体特征是二维板状体，向下延伸很深。相对于围岩介质的电阻率，断层可表现为高阻断层或低阻断层，这取决于断层的性质、破碎带宽度、胶结程度、含水特征、岩脉侵入等特性及围岩电阻率特性。一般来说，新活动断层，电阻率值较低，断层越老，胶结程度越强，电阻率值越高;断层破碎带越宽，越破碎，电阻率相对较小;地下和地表水越丰富，电阻率越小;张性断层少水，则为高阻，张性断层富水，则为低阻;有岩脉顺断层侵入，多为高阻。因此，断层与隧道周围岩体的电阻率差异为开展高密度电法工作提供了良好的前提条件。根据隧道埋深及分辨率要求，采用工程中最常用的温纳装置，该装置受地形和地表不均匀体的干扰小，是公认的最稳定的装置，10m电极距，沿隧道线位布置了一条高密度电法测线。
高密度电阻率法的数据处理是将野外观测采集到的数据通过仪器自带的传输软件，传送到计算机上，再采用RES2DINV二维反演软件处理。在处理中首先对少数畸变点进行剔除，主要是剔除一些受接地不好电极影响的坏数据和采集系统自带的随机高斯干扰数据，然后进行地形校正，最后利用圆滑约束最小二乘法进行二维反演计算，迭代次数3～5次，最终获得电阻率等值线剖面图。这些图件形象直观地反映出地电断面的电性分布和构造特征，大大提高了分析解释效果和精度。在等值线图上根据视电阻率的变化特征，结合相关地质资料，做出地质解释，绘出地质解释图。图2为经过反演处理后得到的高密度电法电阻率断面图。从图2中可以看出，电阻率值从上至下逐渐变大，上部相对低阻为第四系覆盖层及全强风化晶屑玻屑凝灰岩，下部相对高阻为中风化晶屑玻屑凝灰岩。其中在地表位置110～166m及255～303m两处存在明显的条带状低阻异常，其垂向延伸大、不闭合，而两侧均为高阻，结合相关地质资料，推测此两处异常为断层破碎带，带内岩体破碎，完整性差。具体地质解释如图3所示。根据高密度电法解译的.断层破碎带位置，布置了一个验证钻孔ZKS19-1。钻探结果显示：岩芯破碎，多呈碎块状，局部短柱状，呈压碎构造，局部具构造角砾特征，隐伏裂隙发育，裂隙面有绿泥石化现象。图4为ZKS19-1部分岩芯照片。由此可见，钻探结果与高密度电法解译结果相吻合，高密度电法取得了良好的地质效果，准确地划分出了断层破碎带分布范围，为进一步划分隧道围岩级别，指导隧道施工奠定了良好的基础。
2结语
断层破坏了岩体的连续性和完整性，是一种不良地质体。在隧道工程建设中，断层的存在不仅影响施工安全，还会影响隧道稳定性。因此，必须需采取有效的手段查明隧道区的地质情况，为隧道设计与施工提供准确可靠的地质资料。一般而言，仅用钻探方法调查断层，不仅勘察的费用大，而且有可能“漏”掉断层，存在很大的工程隐患。本文在隧道勘察过程中，通过高密度电法资料，并布置了相应的钻孔验证，较为准确地查明了隧道围岩断层破碎带的位置、分布特征和富水状态，弥补了钻探以点代面的不足，提升了勘察效率和质量，降低了勘察成本，起到事半功倍的效果，为隧址区的工程评价和设计施工提供科学依据。 实例表明，高密度电法具有效率高、能够快速获取测线下方电阻率分布，地电信息丰富、直观、成本较低等优势，可准确划分出断层破碎带分布范围，能有效指导隧道施工，是隧道地质工程勘察中一种行之有效的方法。
二维高密度电法 第3篇
摘要：高密度电法集电测深和电剖面装置于一体，由于它具有采集信息多，数据量大，观测精度高，速度快和探测深度较大等特点，在工程勘查中广泛应用。本文將高密度电法用于冰碛堆积体勘察中，通过数据模型的正演和反演模拟以及应用实例，验证了实施高密度电法调查冰碛堆积体的切实可行性，对调查冰碛堆积体性状参数及其勘察治理提供了地球物理依据。
关键词：高密度电法；冰碛堆积体；正演模拟；反演模拟；应用
1 前 言
冰碛堆积体是指规模较大、埋藏较深、以崩塌作用为主的堆积体，滑坡少见，组成物质以粉土、粉细砂为主，夹碎、块石或部分卵砾石。一般形成台地地形，冰碛物在上部，主体由有冰碛、冲积成因的堆积物与部分崩塌堆积物混杂而成[1]。
高密度电法是工程地球物理勘探的主要方法，其作为轻便、快捷、经济有效的工程地质勘探与地下工程质量检测手段已被国内外工程界所共识。另一方面计算机数据处理与成像技术，又把大量烦琐的数据计算、成像处理变得快速准确，大大提高了探测效率和成功率，因此该探测方法与其它物探方法相比具有更强的优越性[2-4]。
冰碛堆积体与下伏基岩之间存在着电性差异，具备了高密度电法探测的地球物理条件，而且，冰碛堆积体的结构比较密实，向地下供电比较容易，因此运用高密度电法探测冰碛堆积体效果比较理想。
2.测区工程地质条件及地球物理特征
工程区位于青藏高原的东缘沙鲁里山脉与大雪山之间，地貌区划属川西高原，紧邻川西南高山区。该冰碛堆积体上游侧以一冲沟为界，沟心及沟右侧基岩多裸露，下游侧以右岸基岩陡壁为界，前缘基岩出露并形成高30～50m岩壁。冰碛堆积体内部冲沟将其分为左、右两部分，地下水主要受大气降水补给，沿冲沟排泄或直接排泄，排泄条件良好。冰碛堆积体下游侧及堆积体内部冲沟为干沟，前缘及冰碛堆积平台内未见地下水出露。
该冰碛堆积体主要由冰碛堆积的孤块碎石土组成，表面呈半胶结状态，为钙泥质胶结，在表部形成“硬壳”，其表层植被较为发育，电阻率为2000～6000Ω·m；下部密实性相对较差，堆积体主体内部电阻率为300～800Ω·m；下伏基岩为燕山早期中粒花岗闪长岩（γδ52），随机分布岩脉，其电阻率为5000Ω·m。覆盖层与基岩电性存在明显差异，具备采用电法勘探的物理前提。
3.野外数据采集及处理
高密度电法有多种电极排列方式，根据多组现场实验，在本次工作中，采用温纳AMNB（α）装置，该装置数据稳定性好，测试效果对垂向电性变化反映最为明显，反演深度准确。其参数为：
AM=MN=NB，AN=BM=2a，
在工区延冰碛堆积体方向，在堆积体左右两部分分别布置两条纵测线Z1、Z2（见图2-1）。根据地形、地质条件和目标层埋深选用电极距和排列长度，采用6m电极距，每个排列布置电极120根。测量时对同装置采用0.3s和0.5s不同供电时间进行两次测量、采用不同装置检验测量数据的一致性和稳定性。
本次工作野外数据采集使用仪器为DUK-2高密度电法仪和DUK-2多路电极转换器，以及配套电缆、电极、通讯线等设备。使用RES2DINV软件包，将所测得的视电阻率，经数据格式转换、数据预处理、地形校正、正演和反演计算，最后得到视电阻成像色谱图并对其进行解释[5-6]。
4.冰碛堆积体的高密度电法测试数据模拟
为了进一步判断冰碛堆积体的高密度电法测试表征，了解高密度电法在冰碛堆积体勘察中的探测效果，根据图2-2中的冰碛堆积体地球物理模型图进行高密度电法测试数据模拟。
4.1 数据模型
在数据模型中设置点距1m，电极101根，冰碛堆积体的钙泥质胶结表层电阻率为3000Ω·m，冰碛堆积体内部松散结构体的电阻率为500Ω·m，基岩的电阻率为5000Ω·m，模拟数据模型见图4-1。
图4-1模拟数据模型图 4-2 正演模拟电阻率断面图
4.1 正演模拟
采用有限元法将地下介质空间的二维模型分成一系列的矩形网格，将模拟空间数值化，用离散的空间点表示连续的空间，还要将场的方程进行离散，用离散的空间点的函数值表示连续的空间变化函数。用差商代替微商，将待解的连续的微分方程变换为离散的差分方程，并通过求解差分方程得到原微分方程的近似解[7-8]。
正演模拟电阻率断面图见图4-2。
4.2 反演模拟
对正演模型计算出的视电阻率值进行快速、稳定的最小二乘反演，通过迭代非线性最优化方法确定地下介质空间矩形网络的每一小块的电阻率值[9]，反演模拟电阻率断面图见图4-3。
图4-3 反演模拟电阻率断面图
对比数据模型、正演和反演电阻率断面图可见：
1）正演和反演电阻率断面图与数据模型对应吻合较好，且分界面清晰。
2）虽然冰碛堆积体钙质胶结表层电阻率较高，但由于厚度较小，对冰碛堆积体主体在电阻率断面图呈现的低阻异常区域的影响较小，基本可以忽略不计。
3）冰碛堆积体在模拟电阻率断面图上呈电阻率较低的封闭圈状异常，基岩呈现高阻异常且连续。
4）由于如果相邻区域的高密度电法测试电阻率值差异较大，在平滑限定条件的最小二乘反演过程中就会产生局部假异常且范围在纵向有所展布，如图4-3中剖面42m处，因此在判断冰碛堆积体下伏基岩界面时，要注意剔除这方面的异常。
5.测试成果与分析
本次工作采用高密度电法对冰碛堆积体体进行勘探，其目的是查明该冰碛堆积体的规模，下伏基岩的空间形态特征、埋深等问题。
由图5-1、图5-2纵剖面高密度电法反演成像色谱图可见，电阻率分层明显。
由图5-1可见，在Z1剖面约138～246m段、384m处、462m处和540m处，出现由于表层钙质胶结化引起的局部高阻异常，电阻率为2000～6000Ω·m，而在剖面约582m处由于两侧基岩视电阻率相对较高而出现低阻假异常；在剖面两端，约0～96m段和600～714m段，对应高程2545～2600m和2200～2310m，地表局部见基岩出露，冰碛堆积体厚度较浅，基岩埋藏深度小于5m；在剖面约96～600m段，对应高程约2310～2545m，出现一两端薄中间厚低阻冰碛堆积体渐变带，厚度为0～66m。其中在剖面192m处最厚约66m，在剖面288处厚度约为50m，在剖面384m处厚度约为54m，在剖面480m处厚度约为30m，电阻率值300～800Ω·m。
由图5-2可见，在Z2剖面约318～612m段，出现由于表层钙质胶结化引起的局部高阻异常，电阻率为2000～6000Ω·m，而在剖面约450m和558m处由于表层和基岩视电阻率相对较高而出现低阻假异常；在剖面两端，约0～120m段和672～714m段，对应高程2455～2550m和2150～2200m，地表局部见基岩出露，冰碛堆积体厚度较浅，基岩埋藏深度小于5m；在剖面约120～672m段，对应高程约2200～2455m，出现一两端薄中间厚低阻冰碛堆积体渐变带，厚度为0～50m。其中在剖面336m处最厚约50m，在剖面384处厚度约为40m，在剖面480m处厚度约为30m，在剖面576m处厚度约为22m，电阻率值100～800Ω·m。
图5-1 Z1剖面高密度电法反演成像色谱图 图5-2 Z2剖面高密度电法反演成像色谱图
根据高密度电法资料可以推断：该冰碛堆积体前缘最低高程2200m，后缘最高高程2540m，縱向长约550m。基覆接触面总体后陡前缓，中后部倾角31°，前缘较缓，倾角19°。冰碛堆积体内部岩性较为均匀，承载力较高，经工程处理后可作开关站地基。
宏观综合分析判断，堆积体整体稳定性较好，但水库蓄水后，库水位淹至堆积体中部陡缓交界部位，在库水的浸泡作用下，堆积体局部可能产生坍滑，但规模较小。
6.结论
1）通过对冰碛堆积体正演、反演模拟和应用实例中资料采集、解释以及和钻孔资料的分析对比等，验证了使用高密度电法查明冰碛堆积体的规模，下伏基岩的空间形态特征、埋深等问题具有很好的效果，具有较广泛的实用性和准确性，从而产生较大的经济效益和社会效益。
2）在进行野外数据采集时，为了更准确的对冰碛堆积体进行探测，得到准确的物探数据，需要根据地形、地质条件和目标层埋深选用电极距和排列长度等参数，测量时采用不同装置测量以及对同种装置采用不同供电时间进行测量，来保持数据的一致性和稳定性。
3）由于冰碛堆积体的钙质胶结外壳、接地条件不良或表层孤块碎石会引起反演成像色谱图浅层出现局部视电阻率高阻异常，多呈闭合圈状，而下伏基岩亦为高阻反映，但连续性较好，在进行解译的时候要注意区分。
4）表层和基岩视电阻率均较高而冰碛堆积体主体视电阻率较低，由于这种视电阻率强烈反差，在数据反演迭代过程可能会在反演成像色谱图上产生局部较大的假异常，在判断冰碛堆积体下伏基岩界面时，要注意剔除。
5）冰碛堆积体主体视电阻率呈低阻闭合圈状，与下伏基岩呈现的连续高阻异常差异明显，能较准确的推断出冰碛堆积体发育状况、基岩分界等，对其勘察治理提供了地球物理依据。
参考文献：
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[6]肖宏跃，雷宛，孙希薷。滑坡勘查中的高密度电阻率法异常特征[J]。灾害学，2008，23（3）：27-31
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高密度电法在岩溶测探的应用 第4篇
高密度电法是采空区、岩溶、断裂构造调查中的有效方法之一,高密度电法兼具剖面法与电测深法的效果,并具有点距小、数据采集密度大、能直接反映基岩起伏状态。高密度电法能反映岩溶发育等引起的断面电性变化情况及岩溶电性异常体基本形态。
1 工作原理
高密度电法是一种阵列勘探方法,也称自动电阻率系统,是直流电法的发展,其功能相当于四极测深与电剖面法的结合。通过电极向地下供电形成人工电场,其电场的分布与地下岩土介质的电阻率ρ的分布密切相关,通过对地表不同部位人工电场的测量,了解地下介质视电阻率ρs的分布,根据岩土介质视电阻率的分布推断解释地下地质结构。这种方法原理清晰,图像直观,是一种分辨率较高的物探方法。近年来随着计算机数据采集技术的改进,使勘探效率大大提高,增大了剖面的覆盖面积和探测深度,在强干扰的环境下也能取得可靠数据,大大地提高了信噪比,可准确地探测地质体。由于高精度测深法可以实现电阻率的快速采集和现场数据的实时处理,从而改变了电法的传统工作模式。它集电剖面和电测深于一体,采用高密度布点,进行二维地电断面测量,提供的数据量大、信息多,观测精度高、速度快。
高密度测深法的前提条件是地下介质间的导电性差异,和常规电法一样,它通过A、B电极向地下供电(电流为I),然后测量M、N极电位差△U,从而求得该记录点的视电阻率值ρs=K×△U/I。根据实测的视电阻率剖面进行计算、处理、分析,便可获得地层中的电阻率分布情况,从而解决相应的工程地质问题。
2 测量装置
野外勘察采用高密度等比对称四极测深法又称温纳对称四极测深法(图1)。该装置适用范围有找矿、找地下水、找地质构造、岩溶勘察、基岩面探测、滑坡勘探以及公路路基、边坡、桥基、隧道勘察等。测量时,AM=MN=NB=AB/3为一个电极间距,探测深度为AB/3,A、B、M、N逐点同时向右移动,得到第一层剖面线;接着AM、MN、NB增大一个电极间距,A、B、M、N逐点同时向右移动,得到另一层剖面线;这样不断扫描测量下去,得到倒梯形地质断面。该装置的特点是对垂向分辨率比横向分辨率灵敏度高,抗干扰能力强。通常该装置用于电性的垂向变化(如对水平地层的分层)较有利,而对水平向变化的探测效果(如狭窄垂向结构或局部电性不均匀体)相对较差。
3 数据处理
资料处理过程采用计算机自动处理,人机交互解释。解释遵循从已知到未知的原则,根据高密度电法视电阻率剖面图,结合收集的地质资料,通过计算、分析推断地质体的地质特征和埋深。
4工程实例
受重庆市某污水处理厂的委托,此次物探工作主要目的是探查测区内淤泥层的厚度、岩溶的发育情况等。通过前期的野外踏勘,在充分考虑了测区的地形地貌特征及地层产状等诸多因素的情况下,根据委托方的要求,采取水上高密度电阻率法勘探方式。
测区主要岩层为雷口坡组的薄～中厚层状灰岩以及飞仙关组的砂、泥岩并层;表层地表以素填土、粉质粘土为主,水下为淤泥。由于土层、淤泥等与基岩之间、岩溶区域与完整基岩之间均存在较大的电阻率差异,因此给物探工作的开展提供了物性前提。
本文针对该物探工程项目的3条测线剖面进行异常处理解释。
如图2所示,该测线推断解释土层及强风化层厚度在1.4m～9.0m之间;在距测线起点6.5m～45.2m之间为水体,深度在1.7m～4.9m之间;距测线起点10.3m～25.8m之间深度7.4m～17.5m之间的相对低阻异常推断解释为被充填的溶蚀区域或裂隙发育;距测线起点40.5m～45.5m之间深度7.6m～9.3m之间的相对低阻异常推断解释为被充填的溶蚀区域或裂隙发育。下伏基岩主要为灰岩。
如图3所示,该测线推断解释土层及强风化层厚度在3.4m～7.1m之间;距测线起点4.5m～34.8m之间为水体,深度在0.5m～4.2m之间。该测线未发现明显溶蚀异常,下伏基岩主要为灰岩。
5 结论及建议
本次水上物探工作对测区内淤泥层的厚度、岩溶的发育情况等进行了探测,基本达到了预期目的,表明了水上高密度电法的可行性。由于该场地横向地势较窄,导致测线的长度较短,对勘探深度有一定的限制,而沿水流方向距离过长,水上不利架设电缆。该场地内的水源经取样后室内测试,污水的电阻率值在11.4Ω.m～14.7Ω.m之间,与电法仪所测水体的电阻率值接近。由于地形地貌等对仪器的信号采集、资料的分析解释均有一定的影响,建议本资料应结合其他地质资料综合使用。
摘要：高密度电法具有成本低、效率高、信息丰富等优点,已成为常见物探方法之一。本文介绍了高密度电法的应用实例,说明了高密度电法勘探技术在岩溶洞穴、地质灾害等探测领域具有较好的探测效果。
关键词：高密度电法,岩溶,裂隙,温纳,灰岩
参考文献
[1]邓一谦.地电学教程成都理工大学,2005.
[2]肖红跃,雷行健.雷宛环境物探技术在岩溶勘察中的应用及其效果,灾害学,2007.
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[4]董浩斌王传雷高密度电法的发展与应用地学前缘,2003.
[5]董延鹏.万海高密度电阻率法在堤坝洞穴中的应用,物探装备,2006.
二维高密度电法 第5篇
中值空间滤波剔除高密度电法中的随机噪声
提出了一种基于中值空间滤波的.去噪技术,该方法可以有效的保护高密度电法资料中的有效信息,去除资料中的随机噪声.先给出了中值空间滤波的算法原理,并给出了一组实验数据和效果图.实验结果表明,本算法有较好的去除噪声和保护有效信息的效果.
作 者：侯彦威 王信文 李文刚 作者单位：煤炭科学研究总院西安研究院,陕西,西安,710054刊 名：西部探矿工程英文刊名：WEST-CHINA EXPLORATION ENGINEERING年，卷(期)：200921(6)分类号：P631.3关键词：高密度电法 中值空间滤波 去噪
高密度电法在堤坝渗漏中的运用 第6篇
关键词：高密度电法,堤坝,渗漏
我国有水坝8万多座, 防洪堤总长度17万多km。为检查这些工程的质量现状[1], 过去多采用开挖、钻探、不仅工期长, 费用高, 而且局限性大, 还往往给工程造成新的隐患。高密度电法在堤防工程中应用[2], 具有成本低、速度快、周期短、效果好、运用方便、无损伤等优点, 能够较为准确地探明堤防的多种隐患[3,4], 指导地质钻探定位, 检查工程质量等[5]。
通过对老窑水库测量的高密度电法的数据分析对比已知堤坝设计方案和现场考察。发现堤坝渗漏所形成的二维电性异常特征, 推断、圈定了堤坝隐患部位。
1 工程概括
老窑水库座落在贵溪市余家乡滴水村, 距贵溪市区约21km, 距鹰潭市区约11km, 地理位置为东经117°03'00″, 北纬28°10'40″。是信江河左岸一级支流白露河上的是一座以灌溉为主, 兼顾防洪、养殖等综合利用的小 (1) 型水利工程。坝址以上控制流域面积1.59km2, 总库容116104m3。老窑水库于1965年冬开始动工兴建, 1966年年底完成, 1984年10月, 溪县水利水电勘测设计室对老窑水库进行除险加固设计, 主要建设项目有溢洪道出口衬砌、大坝加固护坡及反滤层整修等。现状工程枢纽建筑物由大坝、溢洪道、坝下涵管等组成。老窑水库是一座以灌溉为主, 结合防洪、养殖的综合利用小 (1) 型水利工程。采用假设高程系统, 坝顶高程62.20m, 贴坡排水体顶高程54.56m, 抛石固脚顶54.00m, 顶宽5m, 坝轴线长约170m, 详 (见图1) 。
2 检测原理及测线布置
2.1 基本原理
高密度电法勘探基本原理与常规的电阻率法完全相同, 所不同的是高密度电法在观测中设置了较高密度的测点, 现场测量时, 需将全部电极布置在一定间隔的测点上, 然后进行观测。在设计和技术实施上, 高密度电测系统采用先进的自动控制理论和大规模集成电路, 使用的电极数量多, 而且电极之间可自由组合, 可以提取更多的地电信息, 使电法勘探能像地震勘探一样使用覆盖式的测量方式。
图2为高密度电法工作系统示意图。与常规电法相比, 高密度电法具有以下优点: (1) 电极布设一次性完成, 减少了因电极设置引起的干扰和由此带来的测量误差; (2) 能有效地进行多种电极排列方式的测量, 从而可以获得较丰富的关于地电结构状态的地质信息; (3) 数据的采集和收录全部实现了自动化 (或半自动化) , 不仅采集速度快, 而且避免了由于人工操作所出现的误差和错误; (4) 可以实现资料的现场实时处理和脱机处理, 根据需要自动绘制和打印各种成果图件, 大大提高了电阻率法的智能化程度。
2.2 测线布设
经过现场的地质踏勘及测线布置测量设计, 根据堤坝的实际情况, 共沿堤坝走向布置高密度电法测线2条, 经过试验分析, 本次工作采用高密度电法勘探中的温纳 (α) 装置进行数据采集, 利用瑞典版高密度数据处理软件RES2DINV进行数据处理。
电极距3米, 测线长度177米, 根据堤坝实际条件和探测要求, 1#测线布置在迎水面堤肩, 2#测线布置在背水面堤肩, 完成测线总长354米, 物理测点1104个, 具体见 (表1) 。
3 数据处理与解释
3.1 反演计算
高密度电法资料处理先将仪器内的测量数据通过传输软件传输到计算机中, 运用RES2DINV高密度电法反演软件进行坏点剔除、地形校正、格式转换及反演计算等步骤, 直接绘制成电阻率等值线图。在等值线图上根据电阻率值的变化特征, 结合已知的调查资料及设计提供资料做出反演及地质解释。
3.2 探测深度
探测剖面的电极距长短、最大隔离系数, 决定了最大AB极距, 也决定了探测深度的大小。本次探测中, 老窑水库剖面的电极距为3m, 最大隔离系数n=16。所以最大AB极距为144m, 推算出最大探测深度为24m。
3.3 成果解释
由野外采集的数据经编辑、调整后, 进一步对曲线或绘图单元进行圆滑等处理, 以达到消除干扰, 突出异常, 提高解释精度。实测数据处理后可获得高密度电法视电阻率断面灰度图 (或等值线图) , 通过对比分析, 掌握坝身、坝基介质的视电阻率变化特征及不同电阻率介质层 (体) 的分布形态, 进而判识坝身内部是否有洞穴、渗漏或其它不良结构现象 (体) 的存在。当坝身土体质量均匀无空洞、裂缝、土体不均一等异常隐患存在时, 视电阻率等值线有规律的均匀分布, 近水平层状;当坝身或坝基内有上述类型隐患存在时, 则视电阻率等值线将发生变化, 表现为成层性差、梯度变化大, 出现高阻或低阻闭合圈等异常形态。通过对本次物探资料的处理、解释, 获得的视电阻率断面灰度图 (或等值线图) 均客观地反映了测试剖面堤顶以下垂直和水平方向的地质情况。各测线的探测成果如下:
图3为1#测线迎水面堤肩视电阻率等值线断面图, 可以看出视电阻率等值线上高下低, 层次分明, 且水平层状分布, 断面深度0~8m, 视电阻率表现为中高阻为800~2000Ωm, 说明坝体上部内的土体较干燥密实;断面深度10m以下, 视电阻率相对较低, 视电阻率为80~200Ωm, 结合坝体设计, 推测为贴坡排水土体较潮湿, 引起视电阻率降低。而在测线段48m, 断面深度17m和测线段85m, 断面深度21m以及测线段120m, 断面深度15.5m都出现的低阻异常, 视电阻率为150Ωm以下, 推测可能与堤坝渗水、含水空洞等缺陷有关。
图4为2#测线背水面堤肩视电阻率等值线断面图, 2#测线视电阻率等值线分布特征与1#测线视电阻率等值线分布特征基本吻合。测线段48m, 断面深度17m和测线段85m, 断面深度21m以及测线段120m, 断面深度15.5m同样出现了低阻异常, 这与坝渗水、含水空洞等缺陷有关。
综合以上老窑两条测线的探测结果, 反演出来的视电阻率断面特征, 推测在老窑堤坝里程KO+|51、里程KO+87、里程KO+123左右, 距坝顶8m以下的坝身存在一定程度的裂缝、渗水等缺陷。
3.4 现场考察
经过现场查看、调查, 老窑水库里程段KOKO+|51、里程KO+87、里程KO+123左右都出现了局部漏水的现象 (见图5) , 这与高密度电阻率法解释, 推断的结果基本吻合。
4 结语
(1) 通过对老窑水库开展的高密度电法试验, 揭示了堤坝渗漏所引起的二维断面电性异常特征为低阻, 封闭或向下延伸的递减变化的趋势。
(2) 高密度电法是一种实用、经济、有效的方法。在对堤坝进行探测确实其隐患位置后, 可以采取相应措施加固处理, 避免了统一处理和盲目处理造成的资源让费和加固效果不稳定。
(3) 渗漏是土石坝常见的问题, 近年来, 病险土石坝的加固技术有了很大的发展。按病坝渗漏部位对各种渗漏原因进行分析, 采取切实可行的堵漏措施, 将使水库发挥更大的经济效益。
参考文献
[1]邓居智, 刘庆成等.高密度电阻率法在探测水坝隐患中的应用.华东地质学院院报.2001, 2 (4) .
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高密度电法在隧道勘探中的应用 第7篇
在隧道施工过程中, 由于地质条件的变化, 常易发生突发性的意外情况。据国内隧道施工的不完全统计, 施工过程中由于塌方、涌水、突泥、岩爆、高瓦斯等地质灾害事故造成的停工时间大约占总工期的30%。通过隧道地质超前预报, 及时预报隧道掌子面前方的不良地质体及其性质、位置、规模、产状与成灾可能性, 预防涌水、突泥、坍塌等灾害性事故的发生, 为正确选择开挖断面、支护设计参数和优化施工方案提供依据。以工程地质分析法为基础, 以地球物理探测方法为手段的隧道综合地质超前预报方法已成为隧道工程界的共识, 并得到广泛的应用[1]。高密度电法不仅可以应用于施工前的地质勘察, 也可以用于施工中的病害范围探测, 能够对隧道路线上围岩地质状况进行较高精度的预报, 尤其对富水性岩溶发育及破碎围岩等病害有很好的探测效果, 因此能够较好地指导施工管理工作[2]。
高密度电法作为一种快速有效的勘探方法, 具有效率高、信息量大、分辨率高的特点, 适合勘察埋深中等的大长隧道[3]。本文介绍了高密度电法在某隧道勘测工作中的应用情况, 探测效果较好。
1高密度电法的基本原理
高密度电法[4]是以岩、矿石之间电阻率差异为基础, 通过观测和研究与这些差异有关的电场在空间上的分布特点和变化规律, 来查明地下地质构造和寻找地下电性不均匀体 (岩溶、风化层、滑坡体等) 的一类勘查地球物理方法。相对于传统电法而言, 高密度电法的特点是观测精度高、数据采集量大、地质信息丰富、生产效率高等。利用程控电极转换器, 由微机控制选择供电电极和测量电极, 数据采集实现了自动化或半自动化, 不仅可以快速采集到大量原始数据, 而且避免了由于手工操作所出现的错误。
高密度电法的电极布设是一次性完成的, 不仅减少了因电极设置而引起的故障和干扰, 而且可以完成纵向和横向的二维勘探, 既能反映地下某一深度沿水平方向岩土体的电性变化, 同时又能提供地层岩性纵向的电性变化情况, 具备电剖面法和电测深法两种方法的综合探测能力[5]。电极布设完成后, 能够有效地进行多种电极排列方式的扫描测量, 获取比较丰富的关于地电断面结构特征的地质信息, 在电性不均匀体的探测中具有良好的地质效果。
2应用实例
2.1工区地质概况及地球物理特征
隧址区主要发育北祁连加里东褶皱带沉积碎屑岩, 以河湖相沉积为主, 在白垩系局部滨海相沉积, 发育灰岩、泥灰岩。经工程地质测绘及钻探揭露, 隧址区地层主要为第四系全新统冲洪积层、第四系上更新统风积马兰组黄土和下第三系始新统清水营组泥岩、砂质泥岩。
工区覆盖层主要是以粉质粘土、黄土为主的第四系冲积和洪积物, 土质较疏松, 地表条件较好, 电阻率一般在几十至数百Ω·m。下伏地层主要为下第三系始新统清水营组地层, 岩性主要为泥岩和砂质泥岩, 泥岩的电阻率较覆盖层偏低, 通常在几十至数百Ω·m。工区内广泛分布的泥岩, 尤其是全风化或中风化的泥岩, 其孔隙较大、吸水能力较强, 很可能成为地下水渗透的主要通道, 含水后电阻率为几至几十Ω·m, 呈低阻反映, 说明在工区开展高密度电法勘查工作具备了良好的地球物理条件。
2.2测线布置
本次高密度电法勘探采用的是重庆奔腾数控技术研究所研制的多功能数字直流激电仪WDJD-3和多路电极转换器WDZJ-3。由于高密度电法有多种测量装置, 所以在本次勘查前, 先在工区内分别采用α, β, γ三种装置进行实验, 对比发现, α装置 (温纳装置) 的反演结果电性界线明显, 地质信息丰富, 分层效果好, 故决定采用α装置, 电极距为5m, 一共布置了4条平行于隧道的测线, 其中1、2号测线采用120根电极, 3、4号测线由于受地形限制, 采用50根电极, 测线布置图如图1所示, 实线代表4条测线的大致位置。
2.3数据处理
高密度电法的数据处理是把所测得的视电阻率, 经数据格式转换、数据预处理、地形校正、正演和反演计算, 最后得到视电阻成像色谱图。数据处理工作主要是剔除一些由接地不好电极影响的坏数据和采集系统自带的随机高斯干扰数据, 带上高程文件, 形成反演数据[6]。采用最佳拟合法, 给定一个初始地电断面, 在初始断面上计算视电阻率的理论曲线, 将理论曲线与实测曲线作对比 (拟合) , 通过修改参数获得最佳拟合效果, 即高密度电法反演成像色谱图。
本次高密度电法的数据处理主要使用的是BTRC2004数据接收与格式转换软件和RES2DINV反演软件。反演方法采用基于圆滑约束的最小二乘反演方法。RES2DINV软件可以进行带地形反演, 对地形影响进行改正, 同时可通过设置一系列参数来适应不同的场地条件[7]。在进行最小二乘反演的过程中, 应注意迭代次数和迭代误差, 迭代次数一般以3~5次为宜, 数据质量较好的情况下反演迭代误差一般小于5%。由于本次勘探布置的4条测线在同一直线上, 反演时, 需将4条测线数据拼接成长剖面后进行反演, 最终得到电阻率成像长断面图。
2.4成果解释
图2是ZK23+610~ZK24+850段反演断面图, 图3是ZK23+610~ZK24+850段地质解译图, 从高密度电法反演断面图可以看出隧道所经地层岩性较为复杂, 电性分界面明显, 电阻率变化较大, 结合工区地质资料, 推断如下:
ZK23+610~ZK24+030测线段, 表层电阻率较高, 电阻率值介于50~370Ω·m, 推测为第四系覆盖物, 成分主要以粉质粘土和黄土为主, 部分高阻异常推测为碎石块所致, 覆盖层厚度从3~10m不等。覆盖层下方约30m范围内有一电阻率值介于70~150Ω·m的岩层, 推测此层为全风化泥岩。ZK23+770~ZK23+845测线段下方有一低阻异常区 (异常I) , 电阻率值介于3~15Ω·m之间, 推测泥岩含水所致;ZK23+930~ZK24+000测线段同样存在一低阻异常 (异常II) , 电阻率值介于1~15Ω·m之间, 结合地质资料推测为破碎泥岩, 含水可能性较大。
ZK24+030~ZK24+500测线段, 第一层覆盖层电阻率值介于150~380Ω·m之间, 厚度从4~15m不等。第二层为砾岩层, 主要由全风化砾岩层和强风化砾岩组成, 电阻率值在200~1000Ω·m之间, 砾岩层厚度为10~40m。第三层岩性主要为强风化泥岩, 电阻率值介于15~70Ω·m之间。ZK24+210~ZK24+400测线段有一低阻层 (异常III) , 电阻率在8~150Ω·m, 此处为泥岩和砾岩的岩性接触带, 推测接触带岩体破碎、裂隙较发育。
ZK24+500~ZK24+850测线段, 此段经过一山沟 (ZK24+570处) , 沟宽约45m, 沟深约20m。覆盖层电阻率为80~260Ω·m, 厚度约为6~15m。由图2可见, 沟下方电阻率介于166~900Ω·m, 岩性主要为强风化、全风化砾岩。
3结论
本次勘察利用高密度电法基本查明了工区岩性变化、覆盖层厚度以及含水病害的分布情况, 能够直观、形象地反映断面电性异常体的形态、产状等。充分利用工区地质资料, 分析推测出病害区的位置, 达到了预期的目的, 为后期的隧道施工提供了可靠的地球物理资料。实践证明, 高密度电法具有效率高、精度高、数据信息丰富等优点, 在探测富水性地质病害方面, 应用效果好, 具有明显的优势。
高密度电法是一种间接的物探手段, 仅是对地下电性的一个综合反映, 其反演具有多解性, 所以该法并不能对异常体的具体位置、涌水量等进行定量的分析解释。在实际应用中, 需结合多种物探方法, 对成果进行比较和补充, 必能使物探资料更加完整、可靠。
摘要：高密度电法是一种经济、高效、精确的物探方法, 在解决含水性地质病害问题时具有明显的优越性。本文简要介绍了高密度电法的基本原理和资料处理, 将高密度电法应用于某隧道的勘查工作中, 结合测区的地质资料和地球物理特征, 推断隧道所经区域内含水病害的分布情况及覆盖层的厚度, 并通过钻孔验证了推断成果, 为后期隧道工程建设提供了地球物理勘探资料。
关键词：高密度电法,隧道,工程勘察
参考文献
[1]李秀芳, 周九红.隧道超前地质预报方法在坝湾隧道施工中的综合运用[J].公路, 2012 (5) :339-343.
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[5]雷宛, 肖宏跃, 邓一谦.工程与环境物探教程[M].北京:地质出版社, 2006.
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高密度电法探测小窑采空区 第8篇
阳泉是我省重要的煤炭基地之一, 其周边乡镇小煤矿星罗棋布, 经过多年的开采在地下遗留了许多小窑采空区。随着城市建设的迅猛发展, 小窑采空区在工程建设中也出现了不少的工程地质问题。因此, 非常需要一种快速、高效、经济的勘察手段, 对勘察中的钻探工作进行前期指导和后期补充。
高密度电阻率法是集电剖面和电测深为一体采用高密度布点, 进行二维地电断面测量的一种电阻率法勘察技术。由于它提供的数据量大, 信息多, 并有观测精度高, 速度快和探测深度较大等特点, 因此在工程地质和水文地质勘察中有着广阔的应用前景。
1 地质及地球物理特征
1.1 地质特征
阳煤集团五矿—阳光电厂地下输煤通道位于阳泉市区东南, 地层结构相对简单, 地表大面积被第四系全新统 (Q
根据钻探揭露, 下伏基岩地层由老至新依次为:奥陶系O
1.2 地球物理特征
1.2.1 电性特征
煤系地层的平均电阻率值比非煤系地层的高, 构成一个电性层, 煤系地层基底奥陶系灰岩电阻率最高, 构成本区又一良好的电性标志层。
1.2.2 异常特征
煤层赋存于成层分布的煤系地层中, 煤层被开采后形成采空区, 破坏了原有的地层应力平衡状态。这些地质因素的变化, 使得
采空区及基上部地层的地球物理特征发生了显著变化, 主要表现为以下几方面:
1) 煤层采空区冒落带与完整地层相比, 岩性变得疏松、密实度降低, 即单位体积内介质的密度降低, 同时使得传播于其中的导电性降低, 在电性上表现为高阻异常;
2) 煤层采空区裂隙带与完整地层相比, 岩性没有发生明显的变化, 但由于裂隙带内岩石的裂隙发育, 同时使得传播于其中的导电性变差, 岩石的电阻率明显变大。
一般情况下, 冒落带的高度在20 m左右, 其内部充填松散物的视电阻率明显高于周围介质, 裂隙带的高度一般为几十米, 主要是由于采空区塌陷造成岩石出现裂隙, 岩石的电阻率明显变大。由此可见, 采空区的视电阻率明显区别于未采空区的视电阻率, 也是电法探测采空区的物理前提。
2 方法概述
高密度电法实现电阻率的快速采集, 并在现场进行数据处理, 其工作原理属电阻率的范畴。 但与常规电阻率法相比布置了较高的测点密度, 一次可以完成纵横二维勘探过程, 所以观测精度较高, 数据采集可靠, 具备较好的成像功能。
本次探测在设计的阳煤集团五矿—阳光电厂地下输煤通道上方及两侧10 m各布置测线, 使用DUK-1型高密度电法测量系统, 采用温纳 (对称四极) 电阻率剖面法 (电极数:60根/排, 最小隔离系数:1, 最大隔离系数:16, 供电电压:180 V～360 V) , 其特点是各电极间保持一定距离, 同时沿着测线移动, 逐点观测电位差ΔU, 供电电流I, 并算出视电阻率ρs, 沿测线绘得的ρs断面图是测线下面一定范围内电断面的综合反映, 见图1。
数据处理工作采用专门的软件完成, 先进行突变点剔除工作, 再根据需要, 进行数据圆滑处理和地形改正, 最后通过剖面反演, 绘制出电阻率成像剖面图。
3 资料成果解释
图2为设计的阳煤集团五矿—阳光电厂地下输煤通道上方A1～A40高密度电法反演成果图, 表层土在电性上呈低电阻反应, 视电阻率ρs<40 Ω·m;堆积层岩性不均匀, 较松散, 呈较高电阻反应, 视电阻率ρs=40 Ω·m～90 Ω·m;而下伏基岩为高阻电性层, 视电阻率ρs在200 Ω·m左右;240 m～320 m段, 垂深约90 m;360 m～420 m段, 垂深约60 m, 均为相对高阻反应, 视电阻率ρs在420 Ω·m左右, 分析解释为采空区及采空区顶板垮塌引起的上覆岩层岩性变得疏松、密实度降低, 即单位体积内介质的密度降低, 同时使得传播于其中的导电性降低, 在电性上表现为高阻异常。
图3为A70～A110高密度电法反演成果图, 图中300 m～340 m段, 垂深约90 m, 为相对低阻, 视电阻率ρs在20 Ω·m左右, 分析解释为采空区反应, 因有充填物且含水, 在电性上表现为低阻异常。
根据每条测线高密度电法视电阻率成像剖面图分析解释出的采空区, 在平面上圈出了设计的阳煤集团五矿—阳光电厂地下输煤通道上采空区范围, 经布置钻孔或其他物探方法验证, 均得到证实。
4 结语
高密度电法是一种快速、高效、经济的浅表地质构造勘察手段;这种方法能够有效地发现我们所关注的深度范围的地质构造。在现场应用中, 我们可以根据地质、地球物理条件设计电极间距和仪器设备参数进一步提高对应深度范围的探测分辨率。这种方法可以广泛应用于工程地质和水文地质勘察中, 结合钻探及其他物探方法, 进一步补充和完善工程地质勘察资料。
摘要：指出高密度电法是一种快速、高效、经济的浅表层地质构造勘察手段, 介绍了该方法利用岩土层间的导电性差异特性, 实现对不同岩土层界面的划分, 来分析确定小窑采空区的范围, 解决工程建设中出现的工程地质问题。
关键词：高密度电法,工程物探,小窑采空区
参考文献
[1]Dahlin, T.2D resistivity surveying for environmental and engi-neering applications[J].First Break, 1996, 14 (7) :275-283.
[2]刘昌忠.用高密度电法探测公路地下破坏性岩溶构造[J].湖南交通科技, 2004, 3 (1) :13-14.
高密度电法对徐州某工程地基的勘察 第9篇
随着物探技术的发展, 越来越多的电法勘探技术已经应用到岩土工程领域[1,2]。比如在大型工区地下区域构造的勘察, 地下裂隙带、断层带的查明, 以及对地基土层厚度的划分。电法勘探的方法种类多, 高密度电法是工程中最常用的物探方法之一[3,4]。其电极布设可以一次完成, 这不但减少了由于电极设置引起的干扰和故障, 还为野外数据的快速采集和自动测量打下了基础。它能有效地进行多种电极排列方式的扫描、测量, 因而可以获得比较丰富的关于地电断面结构特征的地质信息, 非常适合一般工程的地下地质情况勘察[4]。
1 探测方法简介
本工区较开阔, 施工环境简单, 十分适合高密度电法线路的铺设。其基本原理是把供电电极B放置于无穷远处, 仅仅加大MN的极距来达到测深的目的, 如图1所示。自从英国地球物理工作者Barker提出高密度电阻率法以来, 国内外许多电法勘探工作者对此进行了认真研究, 西安研究院物探仪器研究所也进行了同步研究, 通过大量的物理模型实验和应用技术研究工作, 在实践中逐步认识到高密度电阻率法实质上是一种高密度的电法数据采集技术。
2 野外施工
2.1 采用仪器
本次勘探工作所采用的仪器是由吉林大学研制生产的E60BN型电法仪, 它能够以二极装置、单边三极装置、偶极装置、施仑倍尔和温纳装置等5种装置形式的高密度电阻率进行数据采集、显示工作。对应的处理数据软件由SAMPDF.EXE、BASSEDLL.DLL和BASSALL.DLL这3个模块组成, 该软件可以进行数据的采集、数据文件的存盘和数据文件的回放调用等功能。
2.2 技术参数设置
根据施工单位对勘探深度的要求, 选用5 m电极距作为本次高密度电阻率法采用的电极距;同时采用Pole-Dipole和Wenner 2种装置形式, 供电时间选择1 s, 恒压供电。
2.3 测线布置
根据委托方要求, 共布置了3条测线, 设置层数分别为31、23、21层, 每条测线的长度根据现场具体的情况有所不同。
3 资料解释
野外施工结束后, 对实测数据进行整理后采用RES2DINV进行定量解释。由于篇幅所限, 本文仅列出侧线1和侧线2的解释成果。测线1三极装置断面成像图如图2所示, 从图2可以看出, 在测线1上有两处低阻异常, 规模比较大, 一处位于水平距离大约5~117.5 m、埋深大约6~13 m, 另一处位于水平距离大约122.5~142.5 m、埋深大约8~47 m, 地层基本成层状分布, 侧线1的地质解释剖面图如图3所示。
测线2三极装置断面成像图如图4所示, 从图4可以看出, 在测线2上有三处低阻异常, 规模比较大, 一处位于水平距离大约5~20 m、埋深大约36~41.4 m, 一处位于水平距离大约57.5~92.5 m、埋深大约31~41.4 m, 另一处位于水平距离210.5~228 m、埋深35~41.4 m。侧线2的地质解释剖面图如图5所示。
4 结论
综上分析可以得出以下结论, 在勘探范围内地层较连续, 在地下60 m范围内没有发现明显的断层反映。结合相关钻孔资料, 可以画出地层剖面图, 为进一步的工程施工打下基础。通过上述实例可以看出高密度电法应用到工程地基勘察是非常有利的, 利用不同电极排列方式 (工作装置) 来扫描测量地层, 不仅可以获得关于地电断面结构比较丰富的地质信息, 还可以对资料进行预处理同时显示剖面曲线形态, 并自动绘制和打印各种成果图件, 为现场处理提供方便。
参考文献
[1]李金铭.电法勘探方法发展概况[J].物探与化探, 1996, 20 (4)
[2]张赛珍, 王庆乙, 罗延钟.中国电法勘探发展概况[J].地球物理学报, 1994, 37 (增刊1)
[3]董浩斌, 王传雷.高密度电法的发展与应用[J].地学前缘, 2003, 10 (1)
二维高密度电法 第10篇
1 高密度电法
高密度电法因为有许多优点而成为探查隐患的主要方法之一, 被广泛应用于寻找地下水、环境地质调查、能源勘探、道路建筑工程和城市建设工程等方面。高密度电法属电阻率范畴, 是以介质电性差异为基础, 研究在施加电场的作用下, 地下传导电流的变化分布规律。它与常规电法相比设置了较高的测点密度, 所提供的是二维信息, 一定数量的二维剖面还可以组成一个拟三维图像, 它是电剖面和电测深法的结合。高密度电法观测精度高, 数据采集可靠, 对地电结构具有一定成像功能, 可获得丰富的地质信息。各种隐患如裂缝、洞穴、软弱夹层、透镜体在探测成果图上有明显、直观的反映, 形象地反映出岩土体地电断面的电性分布和结构特征。
2 探查水库工程实例
2.1 某水库探查渗漏
某水库是一座以灌溉为主兼顾发电的大型水库, 总库容1.07亿m3, 有效库容0.7亿m3, 主坝高42.5m, 坝长300多米。水库1978年动工兴建, 建成蓄水后, 主坝和导流涵渗漏严重。1994~1998年建防渗墙后, 仍然存在严重渗漏, 下游坡浸润面积达5000m2以上。2001年8月10日一次暴雨过后, 导流涵洞出口段内左侧喷射出浊水和细砂, 严重影响大坝安全。
为探查渗漏原因和位置, 采用以高密度电法为主, 辅以自然电场电位法的探查方法。在坝顶布置主剖面, 坝前水边、坝下游坡布置参考剖面。
坝顶剖面采用三极滚动连续测深装置 (点距5m、2m) 和联合剖面装置 (点距5m) 测量。点距5m时, 电极隔离系数27层、57根电极, 估计探测深度达55同m;点距2m时, 可获得明显的浅部坝体地质信息。
测量结果, 将采集数据进行处理绘制成断面视电阻率等值线图 (见图1) 。由图1分析得出岩性电阻率参数为:砂质粘土视电阻率200~400Ω.m, 全强风化黑云母花岗岩视电阻率500~800Ω.m, 弱~微风化黑云母花岗岩视电阻率大于800Ω.m。从等值线图上可以看到有8处低阻体, 视电阻率小于100Ω.m, 个别处甚至小于50Ω.m。考虑到旁侧影响外, 对照同剖面上有低阻体的ZK04号孔20.98~29.0m深度是淤泥 (粉土质砂) 层。以视电阻率50Ω.m等值线为中心, 计算低阻体顶板深度系数为α=1/2.74, 正好在一般的探测深度系数1/2~1/3之内。从而圈定出8处低阻体异常, 它们正好是库内水往坝下游渗漏的位置, 其中 (1) ~ (6) 号异常体是库内水流向坝下游坡及导流洞的渗漏通道, (7) ~ (8) 号异常体是库内水流向下游右山坡及溢洪道的渗漏通道。
高密度电法结果与在原防渗墙上打的质量检查孔对比, 即取相对视电阻率低或较高的孔段与其相应孔对渗透系数对比, 共取三组, 其数据经整理后汇成表1。由表1得到:相对视电阻率低的孔段, 注水试验渗透系数大;相对视电阻率高的孔段, 渗透系数小。
当库内水位由正常水位175.6m降至174m高程以下时, 下游坡只见导流洞和右山坡地表有水流出。此时坝前水边观测到的自然电场电位法曲线在坝中间和靠右段位置有明显低电位反映。从而查明了坝下游坡浸润渗透和导流洞渗漏的来龙去脉, 为工程加固处理提供了依据。
2.2 某水库六副坝基渗漏探查
某水库六副坝, 长100m以上, 坝高13m, 填土为粉质粘土, 基岩为全风化、强风化泥质粉砂岩、泥质粉砂岩夹砾岩。
为勘查大坝渗漏, 应用高密度电法中温纳装置和三极滚动连续测深装置, 点距2m, 电极隔离系数29层, 60根电极, 测线长118m。探测深度约为35m, 满足探测要求。
探测结果弓绘成视电阻率断面等值线图 (图2) , 由图2可见, 坝肩原生土视电阻率100~200Ω.m, 坝体填土视电阻率60~100Ω.m。分析认为剖面58~64m之间, 视电阻率80Ω.m分向两侧, 为泥质粉砂岩夹砾岩与泥质粉砂岩岩层界线。剖面23~58m之间, 视电阻率由60Ω.m下降至40Ω.m, 埋深8m。剖面80~114m, 特别是90~111m之间, 视电阻率由60Ω.m下降至20Ω.m, 电测深探测深度为18m, 。解释为渗漏异常, 为基岩破碎, 泥质充填引起视电阻率变低。在探测前已经灌浆结束, 但灌浆孔深度只有10m, 远达不到此深度, 所以灌后仍同灌前一样漏水。异常高程94.8m, 比下游漏水出口点高程91m高出3.8m。
3 结论
