超高密度电阻率法（精选10篇）
超高密度电阻率法 篇1
1 概述
直流电法是一种最简单, 最流行的物探方法, 它被广泛用于找水, 找矿, 找溶洞, 找地质构造, 找墓, 找地质灾害点等很多方面。随着计算机技术和电子技术的迅速发展, 从20世纪后期出现了反演算法和多通道、多电极的数据采集方法。这两个技术的出现给直流电法勘探的精度和效率带来了一个质的飞跃。这可以称之为超高密度电法-电法勘探的革命。本文将介绍超高密度电阻率法的野外工作方法, 电阻率数据二维反演方法, 并给出了在送电线路地质勘测中的应用实例。
2 野外工作方法及电阻率数据二维反演方法
2.1 野外工作方法
普通电法仪器一般是进行单通道数据采集, 供电电极AB通一次电, 然后测量一次测量电极MN之间的电位差, 最后算出视电阻率值, 完成一个数据的采集。如下图, 如假设我们用偶极法来采集数据, 我们要采集如下图的一组数据, 即AB-M1N1、AB-M2N2、……AB-Mn Nn。如果用普通电法仪器那么工作顺序如下:
(1) 、AB通电测电流, 同时测M1N1间电位差, AB断电;
(2) 、AB通电测电流, 同时测M2N2间电位差, AB断电;
(3) 、……
(n) 、AB通电测电流, 同时测Mn Nn间电位差, AB断电
从以上工作流程可以看出, 要采集这n组数据, 就要给AB通n次电。实际上这n次所测电流在理论上应保持不变, AB通电后所形成的电场也保持不变, 但所用时间却是n次AB通电时间。如果用多通道技术进行数据采集, 那么对以上n个数据, 只需要在AB上通一次电, 就可以同时测得n个MN间 (M1N1、2N2、……Mn Nn) 的数据, 仅用了一次AB通电的时间。这样一次通电后就可以测得一组数据, 所以叫多通道数据采集技术。多通道数据采集和单通道数据采集在原理上并无两样, 但是由于它打破了传统的单通道数据采集思路, 从而大大提高了工作效率, 缩短了工作时间。
超高密度电阻率法不受普通电法电极装置和数据采集方式的限制, 只需布置好电极, 连接好仪器就可进行勘测工作, 在数据采集上再也不用沿袭传统的数据采集方式, 而可以随心所欲的在反演网格上布电流点和电势点。为了避免数据采集的片面性, 我们采集了几乎所有可能的电流点和电势点的组合。这样既不用顾及某种数据采集方式上的优缺点, 也使数据采集标准化。这就使得数据反演结果的可靠性大大提高。
2.2 电阻率数据二维反演方法
在所有实际的直流电法勘探中, 对于每一个数据点都必须用4个电极 (无论二极、三极或四极法) , 才能测得一个电流值I和一个电压值V。另外根据ABMN4个电极的位置可以算得一个几何参数K, 人们称ρ=K×V/I为视电阻率。由多个数据点所测的数据所计算出的被放到剖面图上不同位置的视电阻率组成的图象, 被称为视电阻率图。以前人们对直流电法数据的解释就依据此视电阻率图。视电阻率虽然不是地下岩石的真电阻率, 但却是地下电性不均匀体和地形起伏的一种综合反映。在电法勘探发展的很长一段时间里, 也是普通电法勘探的最终成果图。
对同一地电模型, 采用普通电法的不同电极装置和数据采集方式, 所得到的视电阻率图大不一样。各种方法的侧重点不同, 在实际勘探工作中对于电法类型的选择, 往往成为电法勘探的一个难点;在地下地质构造情况较为复杂时, 用普通电法的不同电极装置和数据采集方式, 所得到的视电阻率图就不能很好的反映地下不同地质构造异常。随着计算机技术的发展和勘探技术的不断进步, 作为一种可以直接反映地下不同物质之间物理特性 (电阻率) 差异的电法勘探数据处理方法, 反演方法在地球物理勘探中, 发挥着越来越重要的作用。已知电阻率的空间分布求电场分布的过程称为正演或解正问题。反之, 已知电场分布求地下电阻率分布的过程则称之为反演或解反问题。
电法反演的基本方程式
已知模型的电位差和电极ABMN的位置, 则可算出电极MN之间电阻率分布情况。超高密度电阻率法彻底抛弃了传统的视电阻率概念。而将所采集到的数据直接反演成真电阻率剖面, 可真实的反映出地质异常体的位置和大小。在完成了二维反演后, 可用Surfer for windows等成图软件, 将反演结果用等值线图或层析图像展示出来。
3 应用实例
3.1 工程概况及地质概况
兴安生物质电厂位于桂林市兴安县界首镇百里村。厂址区域内的上覆为粘土层, 下为全风化粉砂质泥岩和白云质灰岩, 根据钻孔资料显示, 该区域基岩面起伏较大, 且基岩面处岩溶较发育。
3.2 野外工作布置及资料解释
测线布置尽量与地质剖面线重合, 同时要避开建筑物综合考虑地形起伏情况, 按网格状布置。野外数据采集时总电极数64根, 采用3m和6m两种极距, 供电电源使用12V蓄电池, 采集完成后用上述方法进行反演, 得出电阻率测深平面剖面影像图, 如图1~图4所示。各层的电阻率不同, 其中覆盖层电阻率为20Ω·m~900Ω·m;强岩溶发育带电阻率为50Ω·m~250Ω·m;灰岩电阻率100Ω·m~1000Ω·m。通过对厂址区4条高密度电法剖面电阻率异常带分析, 异常分为三类:a.异常呈“O”低阻闭合圈, 该类异常发育在基岩面1.5m以下, 为溶洞, 泥质充填, 顶板厚度>1.5m;b.异常呈“V”低阻带, 该类异常发育在基岩面附近, 为溶洞, 泥质充填, 顶板厚度<1.5m;c.异常呈“U”低阻带, 该类异常发育在基岩面附近, 为岩石较破碎, 局部溶沟、溶槽较发育。
结束语
超高密度电阻率法在工程地质勘测中, 尤其在灰岩区域, 采用钻探勘察工作量较大, 成本较高。电阻率影像法能提供高分辨率的电性体空间分布影像, 运用超高密度电阻率法方法与钻探相结合, 既节省了成本又提高了工作效率。为灰岩区地质勘测提供了很好的勘测手段。
参考文献
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[2]阮百尧, 单娜琳.电阻率影像法及在水文和工程地质中的应用[J].工程勘察, 2000 (, 1) .
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超高密度电阻率法 篇2
高密度电阻率法是以岩、矿石的电性差异为基础,通过探测场的参数变化获得电性局部差异来认识被测目标的.一种勘探手段.介绍了利用高密度电阻率法探测韩家湾煤矿顶板基岩含水层厚度的工作原理、方法和应用效果.钻探验证表明,采用高密度电阻率法测定含水层的厚度具有较好的应用效果,且成本低、效率高、测试简便,该方法在工程应用方面具有一定的价值.
作 者：牟平霍军鹏 侯彦威 Mu Ping Huo Junpeng Hou Yan-wei 作者单位：牟平,霍军鹏,Mu Ping,Huo Junpeng(陕北矿业有限责任公司,陕西,榆林,719000)
侯彦威,Hou Yan-wei(煤炭科学研究总院西安研究院,陕西,西安,710054)
超高密度电阻率法 篇3
关键词：高密度电阻率层析成像法；水文地质；应用
上个世纪80年代，日本地质计测株式会社首次就高密度电阻率探查法研制成功。其工作原理即基于常规直流电阻率法，将多个电极同时布置在探测剖面上，通过人工方式将电流发送至地下，促使地下形成较为稳定的电流层，利用自动控制转换装置，自动观测和记录所布设的剖面的物探方法。该方法可实施二维地电断面测量，此外，还具有测深法及剖面法功能，不仅点距小，且在采样密度方面也较高。当将导线敷设一次后，可观测数千个记录点的实时数据，不仅在施工效率方面较高且信息量大，是一种对地质滑坡体、岩溶空洞及隐伏断层构造等进行探测的有效方法。
1. 高密度电法原理分析
1.1 基本原理
所谓高密度电法实质为电阻率法，是一种将电测深法和剖面法进行组合式运用的剖面装置，其相比于传统的电阻率法，所存在的不同点在于可一次对多个测试电极进行设置，通过一次勘探过程，便能对纵横2维的相应测试给与完成，针对地电结构来讲，其同样具有一定的成像能力。所以，介质不同，则在探测成果图方面都具有比较直观的体现和反应。同一介质或者不同介质在具体成分及结构方面存在较大差异，则其所具有的电阻率也不相同。如果将介质假定为均质各向同性，可通过以下公式对地下介质视电阻率进行计算：
ρ=KΔV/I
在公式当中，ρ所代表的是岩土层视电阻率（Ω·m）；△V则表示为电位差（V）；I则表示为供电电流（A）；K表示为装置系数。
1.2 数據采集原理
首先将一系列电极在固定点距x沿测线进行布置，用x表示相邻电极距，将装置电极间距设置为a=nx （n=1， 2，3，……，n+1），将电极间距为a的1组连接到仪器上，并且还应经过转换开关，利用转换开关将装置类型进行改变，就该测试点相应各种装置的视电阻率观测予以一次性完成（将记录点设置在电极排列重点），当将一个测点观测完毕之后，利用转换开关便可实现向下一组电极进行自动转换的目的（即将点距x自动向前推移）然后采用同样的方法，对该点实施对应观测，直至将整条剖面相应电极间距为a观测完成即可。然后对其余不同间距装置进行选择，诸如a=2x，a=3x，……，a=（n+1）x，并对上述观测进行重复操作。
1.3 资料处理与解释
可利用高密度电阻率成像处理系统，对数据处理和解释数据进行相应处理。该方法通过实施佐迪反演，以此实现横向分辨率及纵向分辨率提高的目的，促使电性剖面对于地下介质能够真实的进行反应。
可依据高密度电法电阻率成像断面图当中所存在的电阻率分布状况，可将地质异常状况进行相应划分。通常情况下，第四系土层在电阻率方面普遍较低，一般情况下其区间为10～208Ω·m；如果第四系砂层内不存在水分状况即处于干燥使，则其电阻率相对较高，可达到100Ω·m，如果其存在含水状况，其电阻率与土层中相应含水量和含沙量之间存在密切关系，即第四系砂层在含水量方面越强，则其电阻率就会越低，此外，其含砂量越大，则同样电阻率越高，通常情况下数值为10～50Ω·m。一般情况下煤系地层当中的砂页岩及砂岩所具有的电阻率为30～80Ω·m，其煤层电阻率通常为200～500Ω·m。比如当煤炭经过开采之后，其相应冒裂带及采空区上部的覆岩层则会出现程度不一的坍塌和裂隙，致使电阻率值出现增大状况。针对地下所具有的空洞来讲，其所存在的电性会随着空洞充填物的性质而发生相应变化，如果空洞处于充满水的状况，则其在电阻率方面就会极低，通常情况下<20Ω·m；如果空洞处于干燥状态，则其电阻率就会非常高通常>200Ω·m。因此，针对地下采空区、异常地质体的位置及空洞解释，便可运用上述规律落实此内容。
2. 工程应用
张庄冲沟作为该地区重要的冲沟形式，其位置处于张庄井田的西部。该冲沟字南部开始经过水流汇集向北流动，并穿过煤系露头流入到小汶河当中。在七十年代中期在张庄冲击沟的西部位置，以及在磁莱铁路桥北部大约30～50m处，十一层采空区保留岩柱距离冲沟底部为5.6m，当雨季时，沟底就会出现突然塌陷并发生相应透水事故，以此对其进行及时抢修，并在塌陷坑当中将大量的农作物填充其中。通过对其进行大致推算可知，经过近三十几年的填充操作，其原始填充物则可能出现活化状况，因此，其就预示着该地区还将可能发生塌陷现象，进而发生透水事故，所以，所以，必须地质探测该区域的裂隙通道及隐患，在治理方面还要有针对性，从而以保证矿井安全为最终目标。
通过高密度探测冲沟，并就运用高密度电阻率成像处理系统所获取的具体数据，利用计算机进行相应处理，最终便可得到高密度电阻率成像图。如图1所示。
通过图1可知，在电阻率剖面当中，电性异常区出现3个，分别为1个高阻区和2个低阻区。针对异常区1来讲，其实质为低阻区，其相应平面位置则在桩号25～50m位置处，则可将其断定为为十一层浅部塌陷区或者采空区，并且在其内部还含有水；针对异常2来讲，其实质为为高阻区，其位置具体在桩号55～120m处，因此，则可将其判定为十一层浅部采空区，还有可能是十三层开采影响区，其中不存在水；针对异常3来讲，其为低阻区，其位置在于于桩号135～155m位置处，其存在较大异常范围，且深度大致为10～30m，则可将其判定为十一层浅部采空区，或者是煤覆岩裂隙发育带，该异常区具有较强的含水性，并且在顶部位置上还具有高阻异常，并与地面直接连通，因此，可断定为裂隙通道的反映。上述三个异常区域之间可能会存在局部煤柱间隔。
3. 结语
高密度电法具有与其它探测方法相同点，均需要对一定地球物理予以满足，尤其是围岩和探测目的体之间所存在的电性差异，对其造成困扰的因素较小时，其地质效果则会令人满意，可在许多地质工程及水文地质当中进行运用。
参考文献：
[1]周启友. 从高密度电阻率成像法到三维空间上的包气带水文学[J]. 水文地质工程地质， 2004， 30（6）：97-104.
[2]刘晓民， 刘廷玺， 万峥. 高密度电阻率法在水文地质勘查中的应用[J]. 中国水利水电科学研究院学报， 2007（02）：154-157.
[3]汤博. 高密度电阻率法在水文地质勘察中的应用[J]. 水科学与工程技术， 2015（03）：12-15.
高密度电阻率探测法论析 篇4
关键词：高密度电阻率探测,工程地质,工程环境
高密度的电阻率是以对地下的被探测目标和周围介质间电阻率的差异作为地球物理的基础, 结合电测探法和电剖面法, 采用高密度的分布, 进行二维电断面的测量地学层析的成像, 通常称为GT技术。高密度的电阻率法是基于静电场的理论, 可在空间及时间上运用。在工程勘探的过程中, 饱和区域的水位变化、未饱和区域的水流动、化学的污染成分扩张等都会使地下电阻率随着时间变化发生改变, 由此可以勘察出个工程环境问题, 尽早做好防范措施。
1 高密度电阻率的探测法的方法原理
1.1 施工电场的研究
高密度的电阻率法与常规直流的电法类似, 均以对地下目标体相互之间导电性差异的探测为基础的物理的勘探方式。在对地下进行直流电流的加载时, 利用相关的仪器在地表观测电场的分布, 根据对人工施加的电场分布规律的研究来解决相关地质的问题。由此需在电场发挥功效时, 根据地层传导电流分布的规律, 来求解电场的分布, 理论上我们通常采用解析的方法, 要求电场的分布规律满足相应的偏微分方程。而在对较复杂的电场分布模型时, 一般采用各数值模拟的方法。
1.2 三电位的电极系
高密度的电阻率法, 其通常采用二极方式的排列原则, 即依次对某个电极进行供电, 并利用其他全部的电极进行电位的测量, 再将测量的结果按照一定的需要转化为相应电极的排列方式。这种方案由于需增设两个无穷的远极会在实际操作中带来许多不便, 且如果测量的电极逐渐远离供电的电极时, 其电位测量的幅度的变化会较大, 此时就需要经常性对电源进行改变, 这不利于实现自动的测量方式。故在方法的设计中较多采用三电位的电极系。
三电位电机系, 即将微分的装置、偶极、温纳四极按照一定的方式进行组合构成一个统一的测量系统。此类系统在实际的测量时, 只要将电极开关转换, 就可将相邻的四个电极进行组合, 这样在一个测点便可获得较多电极的排列测量参数。
2 高密度电阻率的探测法野外工作技术
测区的选择, 通常来说地球上物理工作测区有测区地质的任务来决定, 需遵循相应的原则。而对于主要是应用在环境地质的调查和工程高密度的电阻率法来说, 根据地质的任务所给定的测区往往有所限制, 应在需要解决问题的工程的有限范围中选择布置测网和测区, 在这种条件下可以选择的选项往往都挺少的。
测网的布置, 除了需要建立测区坐标的系统外, 还包括工程技术人员选择用多大网度及何种工作的模式解决工程中所面临地质的问题, 工程技术人员的技术和经验往往能给测区的布置提供很大的方便。就高密度的电阻率法来说, 其野外的数据采集方式有地表剖面的数据采集和井中的电阻率成像数据采集两种方式。
除了上述所说的测区的选择和测网的布置外, 高密度的电阻率法, 其野外工作技术还包括以下几点。极距的选择, 其主要还是取决于工程地质对象埋藏的深度, 高密度的电阻率法实则是一种二维的探测方法, 故确保最大极距需能探测到工程主要的地质对象前提下, 还在二维的断面图上充分反映围岩的背景。测点的分布, 由于高密度的电阻率法的电极总数是一个固定的值, 所以测点数会随着隔离系数的增大而减少。装置的选择, 高密度的电阻率法运用三电位的电极系, 其电极的排列方式包含偶极排列、温纳四极的排列、微分排列等, 各电极之间可进行单独或者联合排列使用。导线的敷设, 高密度的电阻率法目前所使用的仪器可以控制30路、60路、90路及120路等多路电极。
3 高密度电阻率的探测法所存在问题
3.1 接地的电阻与电极的布置
电极在打入地面后, 由电极的表面至无穷远间大地的电阻, 称为接地电阻。在生产的过程中, 通常都会增大供电的电流来提高信噪, 增加供电的电压以使供电的电流有所增加。如此一来, 电能就消耗在了接地的电阻上, 也增大了电磁祸合的效应。此外, 通常需要增加电极与土壤的接触有效面积来减少接地的电阻。土壤是由许多细小的颗粒所组成的, 而地质的土质越细、颗粒越小, 接触的面积也就越大, 使电极和土壤的接触也就越发紧密。通常采用多根电极并联的方式来增加接触的面积, 也可用铝箔来代替棒状的电极来增加相应的接触面积, 减少接地的电阻。
由于工程地质地形的复杂性, 在电极布置时往往会遭遇到很多困难, 举例来说, 灰岩地区的地表所露岩石的面积会偏大等, 都会对电极布置的完整性产生一定影响。对于此类情况, 在侧线设计时就应尽量的避免。如果遇到必须在岩石上进行电极的布设时, 可用较潮湿泥土堆砌成土包, 并将电极插入其中, 以使电极的排列完整性得以保障。
3.2 排列装置的选择与电极极距的选择
排列的装置选择会对整个勘察的过程产生重大的影响, 不同探测的目标所使用的不同装置会具备不同的探测深度与分辨率。通常使用的几种装置中, 异常的幅度值最小的是微分的装置, 其信号震荡出现的也最早。温纳装置的异常幅度值较小, 信号的震荡也不错, 具有较强的分辨能力。电极的间距越小, 对目标体探测的精度也就越高, 但是如果电极的间距过小, 就会产生震荡, 构成异常。一般来说, 最小电极的间距应和目标体相当。
在进行野外的探测时, 首先需对相关的资料进行收集, 还需对所要进行地下探测的目标体的分布及尺寸的大小有深入详尽的了解, 之后再对合理设计数据的采集装置与极距。
4 结语
对于高密度电阻率的探测法, 通过对其科学理论原理的研究及项目工程的实践, 有了一定的了解。在工程野外的探测中, 应遵循其相应的理论和操作规范, 已达到事半功倍的目的。而对于高密度电阻率法中还存在的一些问题, 可以对其进行更深入地研究改善, 使其能更好为工程的环境地质服务。
参考文献
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超高密度电阻率法 篇5
高密度电阻率法在城市环境监测中的应用
高密度电阻率法是一种阵列勘探方法,野外测量时,只需要将全部电极置于测量点上,通过电极转换开关和工程电测仪就可以实现数据的`快速自动采集并能够进行现场数据处理、分析和成图.高频探地雷达探测地下物体是利用电磁波在遇到介电常数不连续的界面时,会产生反射的原理,工作时,向地面发射时域电磁脉冲(雷达波),在不同时间内接收地下反射的电磁波来判断地下的地质构造,不同的介质变化及不同深度的介质变化,所产生的反射强度和相位也就不同.
作 者：刘国栋 罗强 张沛 作者单位：河南省大地物探工程勘测院,河南许昌,461000刊 名：地质装备英文刊名：EQUIPMENT FOR GEOTECHNICAL ENGINEERING年，卷(期)：10(2)分类号：P634关键词：高密度电阻率法 探地雷达 城市环境监测
超高密度电阻率法 篇6
关键词：不稳定斜坡,视电阻率异常,地形校正,沉积岩
0 引言
汶川8.0级大地震,震动了半个中国。地壳剧烈的运动诱发多处滑坡、崩塌、泥石流等次生地质灾害。如某地区产生滑坡(见图1),地震使地层中软弱带或软弱面内的物质更加软化,物理力学性质降低,导致此次滑坡的发生。而且此次地震产生为数众多的不稳定斜坡。频繁的余震、降雨、河流等地表水体对斜坡坡脚长时间的冲刷、浸泡,不合理的人类工程活动,如开挖坡脚、坡体上部堆载、爆破、水库(泄)水、矿山开采等,还有如暴风、冻融等作用下,这种不稳定斜坡很容易变成类似的滑坡[1~4]。
针对此类存在极大隐患的工程地质问题勘探,仅仅靠钻探的方法是不够的,钻探设备笨重,搬运困难,加之勘探费用较高,致使钻孔数量有限,所取得的地质资料信息也相对较少。整个不稳定斜坡区用几个钻孔查明不稳定斜坡体的规模、纵横向发育及展布的情况、不稳定斜坡体的空间形态特征、滑动面的埋深等问题是很困难的。为了使不稳定斜坡工程勘察工作更加快速、经济、全面,根据不稳定斜坡体在不同位置的物性差异,许多物探方法在实际工作中得到广泛应用,高密度电法就是主要的一种方法。该方法可以获得不稳定斜坡体的纵、横向发育及展布的情况,查明不稳定斜坡体空间形态特征、滑动面埋深、可能与滑坡发育相关的断裂情况等,这有助于我们研究滑坡的发生规律,合理地制定治理不稳定斜坡的方案,达到抗灾减灾的目的[4~6]。
高密度电阻率法是工程地球物理勘探的主要方法之一。与常规电阻率法相比,在野外信息采集过程中可组合使用多种装置形式,在电性不均匀的探测中取得了良好的地质效果。一次布极可以完成纵、横向二维勘探过程,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沿纵向的电性变化情况,具备电剖面和电测深法两种方法的综合勘探能力。作为一种高效便捷的勘探手段,其解决了诸多实践问题,取得了明显的地质效果和显著的社会经济效益[4~6]。
1 不稳定斜坡体地形、地质及地球物理特征
工区地处四川盆地与青藏高原东南缘的过渡地带,绝大部分属构造侵蚀的高山、中山地形,溪沟纵横,河流水系发育,切割强烈,岭谷高差360~390 m,强烈的内、外动力地质作用塑造了本区典型的侵蚀、构造地貌形态特征。区内“V”字型沟谷异常发育,常见悬崖和峭壁,地层岩性和地质构造复杂,褶皱强烈,断裂发育,属泥石流、滑坡等自然灾害的多发区。工区内山坡坡顶为裸露的岩质山坡,岩性主要为泥质灰岩、粉砂质页岩、灰色页岩为主,半坡多为残坡积碎块石土,山脚为崩坡积物,岩性为中密粘土夹碎块石。
工区不稳定斜坡变形主要表现为雨季局部崩塌,5.12特大地震加剧了斜坡变形,在斜坡后缘出现了一条长约200m、宽约5cm、深1~2m的裂缝,斜坡中部也出现了一条长约40m、宽约4cm、深约1 m的裂缝;由于人为开挖坡脚,造成斜坡前缘局部临空高2.5~4m,在地震中局部出现小崩塌。工区内坡度较陡,覆盖层多为粉质粘土及块碎石土崩坡积堆积体。由物探资料可知,测试区覆盖层多为第四纪堆积的崩坡积堆积体,电阻率为20~150Ω·m;基岩为泥质灰岩、粉砂质页岩、灰色页岩,电阻率为500~1500Ω·m。不稳定斜坡(第四系覆盖层)与未滑动部分(即基岩为滑坡床、滑坡体两侧及后缘不动体)的地层在电阻率值上存在明显的差异,一般相差500~1000Ω·m,说明在该区适合开展高密度电阻率法的地球物理探测。
2 高密度电阻率法装置的选择及原理
2.1 高密度电阻率法装置的选择
常用排列有α排列、β排列、γ排列方式,其均为四极排列,适用于固定电阻率断面的扫描测量。α温纳装置对水平层状局部不均匀体分辨率较高,主要用来探测水平层状电阻率异常。β偶极装置对横向等轴状不均匀体具有较高的灵敏度,主要用来探测横向等轴状电阻率异常。而γ微分装置对水平层状和横向等轴状不均匀体的分辨率都不高。
本次是对不稳定斜坡的探测,不稳定斜坡属于水平层状不均匀体,所以选α温纳装置进行探测。
2.2 装置原理及数据采集
α排列(温纳装置AMNB)装置采用对称四极装置方式,当AM=MN=NB=a时,这种对称等距排列称为温纳(winner)装置(见图2)。其ρsα表达式为:
式中:Kα为装置系数,Kα=2πa,a为电极距。
如图2所示,测量时,AM=MN=NB=a为一个电极距,A、M、N、B逐点同时向右移动,得到第一条剖面线;接着AM、MN、NB增大一个电极距,A、M、N、B逐点同时向右移动,得到另一条剖面线;随着电极距的增大,探测深度也随之增大,对地下深部介质的反映能力亦逐步增加。因为测线的测点数是固定的,所以当极距扩大时,反映不同勘探深度的测点数将依次减少。这样不断扫描下去,整条剖面的测量结果就表示成为一种倒梯形的电性分布剖面。
3 高密度电阻率法的资料处理
高密度电阻率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,最后得到视电阻率成像色谱图并对其进行地质解释。
把格式转换好的视电阻率,经数据预处理消除坏点,保留数据较一致的数据点。并根据现场试验数据与其它资料对比分析,选择正演、反演计算参数。把经预处理后的数据经地形校正,绘成原始测试数据的视电阻率成像色谱图。资料处理流程如图3所示。
反演计算是由所测得的高密度电阻率法原始数据色谱图,反演计算该剖面下的地电断面,确定地下岩石的视电阻率分布。
4 不稳定斜坡勘察效果
本次工作采用高密度电阻法对不稳定斜坡进行勘探,其目的是查明该不稳定斜坡上地震震裂裂缝深度、卸荷岩体厚度、岩性变化、基岩起伏、不稳定斜坡区含水层及富水带的分布和埋深、纵横向发育及展布的情况及滑动面的埋深等,为灾后重建及治理工程设计等提供可靠的地质依据。
在大多数勘探中,由于都在较平坦地形上进行,故可以不考虑地形影响,然而在地形影响较大时,由于地下电流密度变化,导致视电阻率曲线严重畸变,有时会出现假信息,使推断解释出现误差,降低了电阻率法的解释精度,甚至导致错误的解释。因此研究地形影响及其改正方法,是提高山区高密度电法勘探地质效果的一个关键。本文使用经过边界元法对二维地形改正后的加地形高密度电阻率法反演拟断面色谱图。
4.1 A剖面
该地区属于沉积岩地区。A剖面(经过地形改正后的高密度电阻率法反演拟断面色谱图,见图4)沿顺坡向布置于不稳定体上方,地形起伏变化较小,电阻率分层较明显。在619m测点之前斜坡倾角约30°左右,619~682m测段之间倾角为5°左右,682m测点之后斜坡倾角约20°左右,剖面斜坡前陡后缓。整个覆盖层厚度变化相对较大,其中主要成分以粘土、砂石、碎石为主,厚度在0.1~20 m之间。从高密度电阻率法反演断面色谱图(见图4)可以看出,在430~570m测段电性变化较大,埋深0.1~8m左右出现大片高阻晕团,电阻率在800~1200Ω·m之间,推测为电阻率较高的泥质灰岩,灰岩之上的第四纪覆盖层较薄,主要由砂石构成,其中在558m测点对应高程约1660m测点处发现地表基岩出露;在570~591m测段电性变化较小,出现一个较大的低电阻率晕团,电阻率在130~300Ω·m之间,判断是由地表水出现渗漏造成地下水的富集形成,主要由砂石、碎石、粘土构成;在591~850 m测段电性变化较大,表层电阻率在100~200Ω·m之间,深度6~20 m以下出现水平板状高阻晕团,推测为基岩所在。基岩之上为第四纪覆盖层,主要由松散粘土夹碎石、砂石、角砾构成。
分析该不稳定斜坡岩性结构得出,由砂石构成的430~570m测段覆盖层较薄,厚度多在0.1~8m之间,基岩较浅,发展成滑坡的可能性不大。但在570~850 m测段中,表层电阻率较低,推测是由含水量较高的粘土和松散粘土夹碎石、角砾构成的松散第四纪覆盖层,厚度在6~20m之间,发展成滑坡的可能性较大,滑动面与基岩面起伏形态基本一致(如图4中所示)。并且656m测点处存在1条裂缝,深度为1m。在570~591m测段下,推测可能存在一个含水量较大的粘土、砂土、碎石组成的富水带(如图4中封闭区域)。在682m测点处可能存在1条隐藏正断层,断层面如图4中所示,此测段在以后的评价和治理中要引起重视。以上的推断经钻孔验证精确度达到90%以上。
推测570~850m段很可能发展成滑坡,其长度为280m,平均厚度在12m左右,滑坡面的宽约20 m,大致推算滑坡体土石方量约为67200 m3。
4.2 B剖面
该地区属于沉积岩地区。B剖面(经过地形改正后的高密度电阻率法反演拟断面色谱图,见图5)沿顺坡向布置于不稳定体上方,地形起伏变化较大,电阻率分层较明显。在843m测点之前斜坡倾角约10°左右,843m测点之后斜坡倾角约35°左右,整个斜坡前缓后陡。剖面覆盖层厚度变化相对较大,其中主要成分以不稳定粘土、砂石、碎石为主,厚度在0.1~22m之间。从高密度电阻率法反演断面色谱图(见图5)可以看出,在633~822m测段电性变化较小,地表电阻率较低,出现较大范围低电阻率晕团,阻值在90~200Ω·m之间,推测主要表层粘土富含低电阻率水分造成,覆盖层整体较厚,厚度在13~22m之间,主要成份为砂石、碎石、粘土;在822~857m测段电性变化较大,电阻率从1000Ω·m上升到9000Ω·m,覆盖层较薄,厚度在0.1~0.3m之间,主要由砂石构成;在857~1004 m测段电性变化较小,地表电阻率较低,出现较大范围低电阻率晕团,阻值在90~200Ω·m之间,推测主要表层粘土富含低电阻率水分造成,覆盖层整体较厚,厚度在10~16m之间,主要由松散粘土夹碎石、砂石、角砾构成。
分析该不稳定斜坡岩性结构得出,由砂石、碎石、粘土构成的633~822m测段覆盖层较厚,最厚处达到22m,而且富含水分,具备发展成滑坡的一些条件,但在822~857m测段有表层高阻基岩的阻挡,发展成滑坡的可能性较小,滑动面与基岩面起伏形态基本一致(如图5中所示)。在822~857m测段的电阻率存在较大异常,推测可能存在一个较大的溶洞(如图5中所示)。由松散粘土夹碎石、砂石、角砾构成857~1004m测段覆盖层也较厚,厚度最大处达到16m,富含水分,坡度也较陡,发展成滑坡可能性较大。滑床与基岩起伏形态基本一致(如图5中所示)。上述两处存在极大地质灾害隐患,应在以后的评价和治理中引起重视。以上的推断经钻孔验证精确度达到90%以上。
推测857~1004m段很可能发展成滑坡,其长度为147m,平均厚度在13m左右,滑坡面的宽约23 m,大致推算滑坡体土石方量约为43953 m3。
综合其它沉积岩地区不稳定斜坡勘查,发现沉积岩地区的不稳定斜坡大多与软弱夹层有关,滑动面基本由软弱夹层演变而来。该类不稳定斜坡在电阻率成层性较好的分界面处形成滑坡面。
5 结论
使用高密度电阻率法查明不稳定斜坡的规模、纵横向发育及展布的情况、不稳定斜坡的空间形态特征、滑动面的埋深等问题具有很好的效果,所得结果一目了然,颜色分明,层次清晰,所得出的不稳定斜坡体的结构形态与后来经过钻孔和地震勘探资料证实的结果基本一致,说明高密度电阻率法是探测不稳定斜坡地质体隐患的有效方法之一。通过工程实例,得出以下结论:
(1)在使用高密度电阻率法探测不稳定斜坡时,由于覆盖层和软弱层与基岩的电性相差很大,在高密度反演拟断面图中可以很明显地看到高阻晕团和低阻晕团的出现,再结合当地的地质资料和钻孔资料,可以较精准地解释不稳定斜坡的厚度和危害程度大小,较准确地找到不稳定体的滑动面位置。并根据电性的不同来探测不稳定斜坡中裂缝的大小和深度。取得了较好的地质效果。
(2)高密度电阻率法是不稳定斜坡勘探中较有效的物探方法之一,实测结果反演拟断面图,能准确反映探测目标的二维分布情况。并能较准确地反映不稳定斜坡的形态、规模、产状及滑动面的埋深。甚至可以大致推算不稳定斜坡土石方量。
(3)因为工区地形起伏比较大,地形的变化会影响到地下电流的密度,因此会引起反演断面色谱图中异常体与实际目标体的位置差异,所以必须对高密度电法数据进行地形改正,使其和真实地层相符。从本文可以看出,加地形改正后的高密度反演拟断面图效果较好。
(4)高密度电阻率法能快速采集地电断面结构的大量信息,可减少不稳定斜坡区内的钻孔和人工挖孔勘探点数量,节约资金和时间,并且受现场施工干扰因素小。是地质灾害勘查的一种有效物探技术方法,可以起到事半功倍的效果。
(5)在实地探测的时候,因为高密度电法探测时电极多,必须要做电极接地检测,对提示的接地不良电极要插实,必要时可给电极周围加水,以使之接地良好。
(6)为了更准确地对不稳定斜坡进行探测,得到更准确的物探数据,建议采用多种工程物探方法。在实际工作中应结合当地的地球物理条件,具体情况具体分析,先做实验,选取最适合工区地球物理条件的物探方法及装置,从而取得最佳的工程物探效果。
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超高密度电阻率法 篇7
1 高密度电阻率法的运行原理
该种测量方法以地下不同岩石的导电性为基础, 用一定仪器对这些岩石的电场进行测量, 获取相应的信息数据, 以达到对不同地质体的分析检测。在使用高密度电阻率法时, 所有电极可以一次性排列在地表面, 按照事先设定的程序对地质情况进行检测, 从而提高了数据的同步采集, 也提高了数据采集效率。另外, 所有电极工地运作时, 可以有效的提高信噪比。高密度电阻率法是在电探测法及电剖面法的基础上发展起来的, 具有良好的地质层析成像功能。在使用时, 探测人员能够直观明了的观察到测量结果。
2 中浅层铝土矿的地质特征
首先, 电性特征。中浅层铝矿土所在的地层通常含有大量的灰岩及白岩, 它们的电阻率为2000~8000Ω.m, 也有更高的, 可达到20000Ω.m。还有大量的铝岩系, 电阻率约为30~600Ω.m之间, 此外, 还有大量的新生界地层, 电阻率较低, 大约为30Ω.m。这些不同地质构造体由于电阻率存在较大的差异, 为高密度电阻率法的应用提供了前提条件。其次, 异常特征。异常特征主要有这几个, 其一, 层状及似层状的视电阻率变化曲线较为正常, 而铝系地层、基底灰岩的视电阻率曲线呈现密集变化。其二, 在溶斗型矿床上, 通常有大量的铝系沉积物及灰岩, 二者的电阻率存在明显差别, 从而可以很清楚的推断出矿层的界面深度及形态。
3 高密度电阻率探测法
3.1 施工方法
在测量之前, 应根据不同需要以及勘探区域的地形特征, 选用合适的测量装置, 目前主要的测量装置有温纳、微分、施贝及偶极等四种。一般情况下, 建议采用温纳装置, 因为它测定结果准确, 并不受勘探地形的干扰, 具有较大的灵活性。温纳探测装置的电极分布有特定的规律, 如分别用A、M、N、B代表四个电极, 每两个电极之间的距离称作电极间距, 通常随着间距系数的增加而均匀拉开。该测量装置的测量特点是, 测量断面呈现梯形, 测量深度一般为5米, 可以根据测定需要调整。在中浅层铝矿土勘探中, 高密度电阻率探测具有明显的优势, 如, 探测快, 高效等;在测量深度为5米, 60到剖面时, 便可以对勘探范围有效控制, 一般情况下, 一道剖面测量时间约为0.5小时, 一个工作日便可以测量5~7到剖面, 从而大大提高了勘探效率。
3.2 资料成果解释
勘探采集到的数据通常用专业软件处理, 步骤为:先将探测数据进行格式转换, 然后使用数据处理软件对异常数据进行剔除, 并对其它数据给予圆滑处理, 最后经过剖面反演, 将每道剖面的电阻率变化绘制成等值线图, 再根据该线图的变化趋势, 做进一步成果解释。成果解释通常分为定性和定量两种方式。首先, 定性解释。这是一种较为表面的解释, 当等值线图绘制成之后, 进一步分析, 找出其中的的异常区域, 如铝矿土低阻异常区域、灰岩侵蚀面高阻异常区域。当出现灰岩侵蚀面异常时, 应进行详细分析, 找出原因并做出相应解释。在解释过程中, 为了提高解释的准确性, 应对钻孔资料给予细致研究, 如在等值线图上发现低阻凹陷, 并且这种情况具有一定规模, 这时应参照钻孔资料图, 以确定铝矿土的具体位置。其次, 定量解释。定量解释是定性解释的进一步延伸, 但在实际操作中具有一定难度, 因为要实现定量解释, 必须要有关勘探区域附近地质测量资料, 之后, 才能对测量数据进行分析处理。在结合其他地质资料的基础上, 对等值线图谱进行分析, 并通过等值线疏密变化情况, 来确定高、低阻异常区域, 以此可以判断出凹陷矿床的具体位置。所以, 在铝矿土勘探中, 采用定性及定量解释, 能够较好的确定其埋藏深度及发育规模。
3.3 异常验证
在对测量数据进行定性及定量解释中, 如果发现异常区域, 应及时验证, 才能确定其是否是铝矿土所在区域。验证手段可以采用钻孔的方式, 当异常区域已经有过钻孔记录, 应重新钻孔, 并加大勘探深度, 以便于对照测量成果图。
4 应用实例
2007年9月, 河南省地质矿产勘查开发局对某矿点应用高密度电阻率法进行测定, 以确定铝矿土的储藏量及具体位置。具体采用了温纳探测装置, 测定时每两个电极之间的距离为5米, 对60道剖面给予测定。探测深度为75米。将测量数据转化格式, 剔除异常数据, 然后绘制等值线图。由图1可知, 在115~160米之间, 出现明显的低阻凹陷区域, 根据测量之前对铝矿土位置的估算, 确定该区域就是铝矿土分布区域。根据凹陷区域的等值线变化情况, 还可以推测出铝矿土的横截面积在1500~1600m2之间。当该矿区之后被开采后, 发现测量误差仅为1米, 也就是说埋藏深度和埋藏位置和实际位置仅有1米的误差, 说明高密度电阻率法有很好的准确性。
5 结语
随着铝土矿用量不断增加, 原有的勘探技术已经不能满足开采需要了, 必须给予改进, 才能满足现阶段人们对铝土矿的需要。高密度电阻率法, 由于将电测和电剖面结合在一起, 极大的提高了勘探准确性, 对于提高铝土矿开采效率具有重要意义。本文就中浅层铝土矿勘查中高密度电阻率法的应用进行分析, 希望具有参考价值。
摘要：随着铝土矿使用量不断增加, 勘探手段也不断革新、改进, 以满足现阶段人们对铝土矿的需求。本文就将高密度电阻率法在中浅层铝土矿中的应用前提及应用方法进行分析探讨, 以供参考。
关键词：中浅层铝土矿,高密度电阻率法,应用解析
参考文献
[1]金厚伟.高密度电阻率法在工程勘查中的应用[J].门窗, 2012.
超高密度电阻率法 篇8
鹰山隧道由1号、2号两座相连的隧道组成, 属于北京铁路西客站枢纽改建工程的咽喉部分, 位于北京市西南的京广铁路 (北京) 西良 (乡) 段上, 邻近鹰山森林公园。2013年第九届中国 (北京) 国际园林博览会选址区域向西延至鹰山森林公园西墙, 园博塔作为园博园的标志性建筑, 其拟建位置的地质情况等至关重要, 而鹰山1号隧道恰好穿越拟建选址附近[1,2]。由于隧道断面较大、地质条件差、埋深较浅, 根据隧道与围岩之间存在明显的物性差异, 采用物探方法查清鹰山1号隧道平面分布特征和顶部高程, 为鹰山公园拟建园博塔的设计和修建提供相关的技术依据, 同时也为隧道及铁路安全运营提供保障。
1 地质及地球物理特征
鹰山森林公园位于永定河西岸, 北京市丰台区西北侧, 原是一片荒山野岭, 1990年7月建成为国家森林公园, 总占地面积800000m2。地属太行山余脉, 地形高低起伏、错落有致, 高差达52m。平川、沟谷、陡坡、崖壁、顶峰相互交织, 地貌单元属丘陵。根据区域地质资料和钻探成果, 园博塔拟建场区在25.0m深度范围内揭露地基土, 根据其成因年代及地层岩性可分为5层 (见表1) , 第1层为人工填土, 第2层为第四系沉积层, 其下为第三系长辛店砾岩。
根据区域地质资料、钻探成果及相关经验, 铁路隧道为空洞, 其中充满空气, 与围岩相比为高阻反映, 与人工填土、地下基岩有明显电性差异;铁轨铺设于地面, 呈低阻反映, 但与探测位置距离较大 (隧道断面较大) , 对探测结果的影响可以忽略, 这就为电阻率法勘探提供了物理前提。
2 技术方法
2.1 方法原理
高密度电法是以地下介质的导电性差异为地球物理前提, 通过供电电极向地下供电流I, 测量电极电位差△V, 从而可求得该点的视电阻率值。通过程控式多路电极转换器选择不同的电极组合方式和不同的极距间隔, 自动改变供电电极与测量电极的距离和位置, 构成高密度的滚动扫描测量, 提供了一个排列中最多测量点的视电阻率观测, 并进行叠加观测, 以便测量不同深度的电位差值, 完成数据的快速采集。通过数据处理可得到关于地电断面分布的各种物理解释结果。
它将常规电剖面法和电测深法的特点集于一体, 在测量中实现了阵列式勘探, 不仅可提供地下一定深度范围内横向电性的变化情况, 而且还可提供垂向电性的变化特征。
2.2 数据采集
通过现场勘察确定隧道走向, 垂直隧道走向布置高密度电法勘探线5条, 均呈EW-NW向展布, 每条测线长295m, 测线长度总计1475m。依照物探工程测量及相关规范, 放线测量采用北京1954坐标系, 测点坐标均采用RTS632数字全站仪进行放点测量, 电极间距5.0m。采用DUK-2型数字直流电法探测系统, 选择温纳装置获取野外数据。
3 数据资料处理
3.1 数据预处理
(1) 建立数据文件
将数据文件导入计算机, 按照装置类型转换数据格式并建立新的文件。
(2) 数据预处理
测试过程中电极接触不好以及各种干扰因素形成的虚假点, 还有个别与测区电性差异较大的突变点, 都会造成电阻率断面中虚假异常的存在, 从而影响分析与解释[3], 首先应该从转换后的数据文件中将这些虚假点和突变点剔除。采用相应的数据插值方法对剔除过的数据进行插值与平滑, 使得测试数据完整。
3.2 地形及电阻率校正
探测区域地形落差较大, 地形异常必然会使探测目标的视电阻率异常形态与位置发生一定程度的畸变和位移, 甚至可能掩盖有用异常[4], 在此有必要对高密度电阻率法的观测数据进行地形改正及电阻率校正[5]。
本文根据实际工作中电极距和测点高程值 (或相邻测点之间的高差) , 将野外视电阻率测点修正到真正位置, 以点电源理论为基础, 再根据以下温纳观测方式的视电阻率修正公式校正电阻率。
式中:a为电极距;f (Δx) 为校正系数;Δx为相邻测点的高差值;ΔVMN为测量电极之间的电压;IAB为供电电极之间的电流。
3.3 二维反演
以最小二乘法原理为基础, 利用实测数据和正演模型构造目标函数, 使其达到极小, 根据拟合差值通过反复迭代修改模型参数, 直至拟合差达到给定的精度要求为止[6]。本文采用Res2dinv软件将经过地形校正的电阻率数据进行二维反演, 经过5次迭代获得二维反演模型的电阻率断面。
4 成果分析
电阻率断面异常清晰, 垂向上从上到下地层电阻率由低到高变化, 表层为第四系地层, 电阻率较低, 基岩呈高阻反映;由于鹰山公园地形复杂, 地下地质情况多变, 局部高阻为岩石块体、回填不均匀所致, 低阻为含水区域;但在电阻率断面中部位置115~180m范围内均存在大小规模不同的椭圆或近椭圆高阻闭合区, 由于隧道开挖破坏原有围岩, 较原有完整围岩而言电阻率增高, 是隧道与其周围扰动圈岩体的综合反映 (见图1、图2) 。随着勘探深度的增加, 一些异常形态发生变化, 根据经验公式推断解释将会对一定深度异常的定性解释产生影响[7], 再加之地形变化等因素导致2号线剖面中高阻异常区与隧道实际位置有所偏差。
图1鹰山1号隧道1号测线高密度电阻率探测二维反演图
图2鹰山1号隧道2号测线高密度电阻率探测二维反演图
在每条测线上都探测到隧道高阻区, 根据地面测点及隧道标记点, 其连线正好与隧道延伸方向一致。通过定量计算及人为解释确定隧道上顶中心位置及高程, 详见表2。
5 结论
高密度电阻率法探测结果明确显示了隧道高阻异常位置, 鹰山1号隧道中心为高阻异常区弧线连线, 其顶部高程平均95.7m, 距地面约20m, 拟建园博塔场区西北侧外边缘距鹰山1号隧道探测中心线最短距离为70.57m, 为园博塔的设计和施工提供了科学可靠的技术依据。
摘要：以隧道与围岩的电性差异为前提, 应用高密度电阻率法在第九届中国 (北京) 国际园林博览会选址区勘探。根据全站仪准确定位和温纳方式现场数据采集, 再对数据进行处理和地形校正后, 应用Res2dinv高密度电阻率数据二维反演软件完成反演, 结合二维地电断面解释结果, 定量计算确定了鹰山1号隧道平面分布特征和顶部高程, 为拟建园博塔的设计和修建提供了相关的技术依据。
关键词：高密度电阻率法,园博塔,鹰山隧道,地形校正,二维反演
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超高密度电阻率法 篇9
所谓高密度相关电阻率法 (multi-electrode resistivity method) 指的是土地相关电阻率理论的一个延展内容, 对于高密度相关电阻率法而言, 其主要是建立在不同岩土本身电性之间的差异性基础上, 在人工建造地下的电流场, 在不同的位置通过采集地下的电阻率具体数字, 对地质问题进行相关的研究。下图1中主要介绍的是高密度相关电阻率法在测试过程中的电场实际分布。
在图1中, A和B作为主要的供电电极, 而M和N则作为测量用电极。当图中A和B进行供电的过程中, 将A与B之间的电流 (表示:I) 以及M与N之间存在的电位差 (表示:ΔV) 进行测量, 其中, M与N两点实际电位计算公式如下:
undefined (1)
undefined (2)
在上述的式子中, ρ所表示的是实际电阻率大小, 单位为Ω·m;而I是电流值大小, 单位为A;而MA以及MB、BN、NA代表的是对应两点之间的实际距离长度, 单位为m。所以, 我们可以得出NM两点之间的实际电位差值为:
undefined (3)
推导相应的土电阻率计算公式为:
undefined (4)
在上述的式子中, undefined
通过上面的式子 (4) 可以将M与N之间的电位差进行计算, 同时计算出A和B之间的电流大小。通过对每一个点之间的距离进行计算, 我们可以求取相应的土的实际电阻率大小。
高密度相关电阻率法在测试过程中主要包括了数据方面的采集以及相关数据的处理这两个部分。在进行现场测量的过程中, 必须根据测量线的实际长度对电极之间的距离进行确定, 一般情况下为1～5 m长度范围内;其次, 再将数据采集电缆与电极相互连接, 并且将数据采集对应的电缆仔细地连接到通过单片机进行控制的多路电极开关 (程控式) 上, 操作过程中可以适当地根据实际需要进行测点以及电极装置实际形式的转换。将测量信号实时地储存在相应的数据采集仪主机上, 当测量工程完毕后, 才将数据通过导入存放到电脑中, 这样就可以使用软件对存储的数据进行相关处理。
数据采集仪常用的工作模式有Winner、Schlum-berger、Winner-Schlumberger、Dipole-Dipole、pole-pole等。Seaton等 (2002) 的研究指出不同的工作模式会间接影响到探测精度、敏感性等。本文选择了精度较高、敏感性较好的Winner、Winner-Schlum-berger工作模式来进行贵州玄武岩边坡的探测。Winner模式的电极排列规律是 ( 对于60道) :A, M, N, B (其中A, B是供电电极, M和N都是测量用的电极, 而a是电极之间的距离, AM与MN相等, MB与NB相等, 随着两者之间所间隔的系数n从最大值逐渐减小到最小值, 4个电极之间的间距也均匀收拢, 装置系数可简化为K=2 Pna。该装置适用于固定断面扫描测量, 其特点是测量断面为倒梯形, 电极排列方式如图2所示。
Winner与Winner-Schlumberger均为分层测深, 依据隔离系数设置的不同, 测深也不同。
2 工程实例
2.1 工程地质概况
本文主要就贵州省某试验高速路段边坡进行相关的探测试验进行分析。其工作区域主要地址在云贵高原地区, 具有海拔较高 (平均1 720～1 890 m) 的特点, 其中相对高差相约270 m, 区域内植被发育情况较好。年平均气温为13.4 ℃, 最高温度高达38.4 ℃, 最低气温可以低至零下10 ℃。每年的降水量平均值为843.1 mm, 主要灾害类型为冰雹、干旱等。
2.2 实际运用分析
在进行现场施工的过程中, 在边坡均匀地进行4条测线布置, 实际布置如下图3中所示。而采集仪器安置在1号测线、3号测线以及4号测线的左边, 在2号测线的下方。
每一个测线区域相关器材、检测数据表如下表1中所示:
2.2.1 相关的探测结果解释原则
1) 物性差异不同的岩土体本身的电阻率也存在一定的差异性 (基本原则) ;
2) 含水率以及地表的粘土比较高的土体, 本身的电阻值比较低;
3) 强度较大、完整性相对较好的岩体, 其本身的电阻率也高, 当岩体出现了裂隙发育以及破碎发育时, 其电阻率值最高;
4) 当目标岩体中存在有规模较大的裂缝或者是空洞时, 将出现较为突出的高阻值区域;
5) 充填溶洞或者是粘土充填溶洞, 是低阻率值出现的异常区域。
2.2.2 1号测线
从整体上看 (图4) , 位于右边的电阻率明显比左侧的高, 在沿着测线方向80～125 m左右, 发现有低电阻, 其主要的原因可能是因为密度过大或者是含水率较高造成的。在右边部分, 电阻率数值相对比较平均, 这就证明了在右边部分的土质相对比较均匀一些, 但是, 在测线相垂直的方向存在有电阻率 (竖向) 变大的情况。
2.2.3 2号测线
从整体上看 (图5) , 沿着坡面的方向, 可以看出在阶梯处的电阻率出现了较小的规律性变化, 大雨时20 Ω·m～50 Ω·m的范围内, 其原因可能是因为该处地势比较平坦, 大雨之后的雨水不容易流失, 可以长时间地储存在土层中, 使得该部分土层的含水率稳定在一个较大值, 而在阶梯处向下约10 m左右的范围内, 电阻率都比较小。在整个测量的过程中, 因为坡顶已经进行了混凝土覆盖施工, 所以有2个电极无法有效的钉入到土层中, 使得在此处的电阻率数值比较大。
2.2.4 3号测线
从整体上看 (图6) , 其电阻率数值普遍比较低下, 在右半部分大部分的电阻率保持在10 Ω·m～60 Ω·m之间, 证明该区域本身的风化程度比较大, 残积土内部的含水率比较高, 导致其电阻率过低。而在右边部分大约3 m左右深度的土质相对比较平均, 因为该处离地面距离较近, 水分易蒸发, 土层深部的电阻率相对比较高。而沿着测线23 m左右, 下半部分出现了比较突出的电阻率高数值区域, 在进行现场测试过程中, 发现该地区内部有大量的碎石, 受到风化的影响较小, 这可能是导致其电阻过高的根本原因。
2.2.5 4号测线
从整体上看 (图7) , 该位置位于坡脚位置, 在进行测量时, 对附近土层开挖情况看来, 本身的风化程度相对较低, 所以电阻率呈现出较高的情况, 在地面向下大约5m左右出现了一层电阻率极低的地带, 由此向下, 电阻率递增。而高阻率较高的区域, 据推测可能是基岩区域。
综上所述, 在进行与测线垂直方向的测量中, 并没有明显突出的成层特性出现, 在顺沿着测线的方向, 呈现出了局部地区阻值较高的区域分布情况, 并没有发现地下的裂缝。根据相关的玄武岩以及粘土电阻率参考值对相关情况进行分析, 有关的参考值如下表2:
3 结语
高密度电阻率所测为视电阻率, 受到多种因素的影响, 电阻率数值存在重叠区域, 差别很大的土或岩石其电阻率值可能一样, 因此不能像常规的岩土参数一样给出明确的解释。在运用电阻率法研究岩土的性质时, 需联合其他测试手段进行分析。
摘要：对于岩土而言, 其电阻率会受到含水率、孔隙率以及干密度等带来的影响。文章主要根据贵州某高速公路边坡施工, 以及对岩土本身电阻率存在的差异性进行残积土分布的实际厚度和在不同位置所受到的分化程度进行区分, 对其使用高密度的电阻率法进行相关的勘察, 并得出相关的试验结果分析。
关键词：残积土,玄武岩,高密度,地质勘测,电阻率勘察法
参考文献
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超高密度电阻率法 篇10
高密度电阻率法属于直流电阻率法的范畴。与常规电阻率法相比,在野外信息采集过程中可组合使用多种装置形式,在电性不均匀的探测中取得了良好的地质效果。其特点是信息量大、观测精度高、数据采集量大、地质信息丰富、生产效率高、电极排列方式可变、数据采集自动化、数据地质信息丰富、解释方便等。一次布极可以完成纵,横向二维勘探过程,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沿纵向的电性变化情况,具备电剖面和电测深法两种方法的综合勘探能力。作为一种高效便捷的勘探手段,其已被普遍应用于工程与环境地球物理探测、金属与非金属矿产、地质构造、水文地质、工程灾害地质、考古、岩溶洞穴景观资源勘查、工程地质调查、地下管道检测、坝基及桥墩选址、采空区及地裂缝探测、地下水利用及矿井水害防治等领域。解决了诸多实践问题,取得了明显的地质效果和显著的社会经济效益。
1 高密度电阻率法的原理及特点
高密度电阻率法是根据地下介质间的视电阻率差异,来探测地下的视电阻率异常体。和常规电阻率法一样,它通过A、B 电极向地下供电流,然后用测量电极M、N测量电位差,以计算出视电阻率值ρS。根据测得的视电阻率剖面进行计算、分析,可推断出地下地层中的电阻率异常情况,从而可以探明异常体的存在,结合地质资料判断其位置及规模等。
常用排列有α排列、β排列、γ排列方式,其均为四极排列,适用于固定电阻率断面的扫描测量。二者的差别只在于A、B、M、N 四个电极的排列顺序,α排列四个电极依次为AMNB,β排列依次为ABMN,γ排列依次为AMBN。测量时,相邻电极间为一个电极距,四个电极逐点同时向右移动,得到第一个剖面线;接着相邻电极均增大一个电极间距,再从左到右逐点同时移动测量,得到另一条剖面线;这样不断扫描测量下去,得到倒梯形断面。
1.1 α排列(温纳装置AMNB)
该装置采用对称四极装置方式时,当AM=MN=NB=a时,这种对称等距排列称为温纳(winner)装置(如图1)。其ρS表达式为:
其装置系数:K=2πa
如图1所示,测量时,AM=MN=NB=a为一个电极距,A、M、N、B逐点同时向右移动,得到第一条剖面线;接着AM,MN,NB增大一个电极距,A、M、N、B逐点同时向右移动,得到另一条剖面线;这样不断扫描下去,得到倒梯形断面。
α温纳装置的特点:本装置在探测横向等轴状低电阻率地质体的效果不佳,只可以对地下地质异常体进行大致判断,但无法进行准确的判断。其主要优点是对垂向视电阻率异常分辨率较高,抗干扰能力强。通常用来解决垂向视电阻率的变化问题,特别是划分层位、确定覆盖层厚度及基岩面等。
1.2 β排列(偶极装置ABMN)
该装置的特点是供电电极A、B和测量电极M,N均采用偶极,并按一定的距离分开。由于四个电极都在同一侧线上,故称轴向偶极。其ρS表达式为:
其装置系数:K=6πa
如图2所示,测量时,AB=BM=MN=a为一个电极间距,A、B、M、N逐点同时向右移动,得到第一条剖面线;接着AB,BM,MN增大一个电极间距,A、B、M、N逐点同时向右移动, 得到另一条剖面线;这样不断扫描下去,得到倒梯形断面。
β偶极装置的特点:本装置对于电阻率变化有着最大的灵敏度, 特别是对横向等轴状低电阻率异常地质体分辨率较好,可以较准确判断地下异常体的中心位置、范围、形状等,解释结果也较为准确,可以应用于实际探测中。常用于地下管道,地下隧道,溶洞,空洞的探测等。
2 应用实例
本次探测中,地下水网管道的大致方位已知,其目的是探测地下输水管道的具体位置,并确定管道埋深,直径,走向。本次探测采用重庆奔腾数控技术研究所研制开发的WDJD-3 多功能数字直流激电仪为工程电测主机和WDZJ-3 多路电极转换器构成高密度电阻率测量系统,并用60根电极,两根大线构成测量系统(探测装置示意图如 图3)。
为准确的探测地下水网管道的大小和走向,采用大致垂直于管道走向布置3条测线,线距15m,每条测线长60m,电极距为1m,共60根电极。A、B 为供电电极, M、N 为测量电极, O 为MN 中点。根据各装置对异常体所表现的视电阻率特征各不相同,本次在野外地质勘查中, 我们有意识地采用α和β排列进行测量,测量效果较好。数据接收与格式转换软件为BTRC2004,数据处理软件为二维电法反演软件Res2dinv。该地区地下水网管道的电阻率大约为10Ω左右,围岩电阻率约600Ω左右,相差60倍之多,所以在该地寻找地下水网管道已具备了应用地球物理探测的前提。
工区地形基本平坦,不需要外加地形数据。数据处理流程为:收集数据,剔除坏点,修正误差,数据转换,再经过二维电法反演软件Res2dinv反演得到结果,分析结果。
2.1 α排列探测效果和结果分析
此次在野外用α温纳装置探测结果(图4,单位电极距1m),可以较明显的看到第3张反演地电断面图中位置(图中约23m到32m处)存在两个大小不同的低视电阻率异常体。左侧异常体范围大约在23.6m到26.2m正负0.5m之间,右侧异常体范围大约在28.8m到31.4m正负0.5m之间。左侧异常体顶部埋深大约在0.76m正负0.3m处,右侧异常体道顶部埋深大约在1.21m正负0.3m处。左侧异常体中心埋深大约在1.60m正负0.5m处,右侧异常体中心埋深大约在1.87m正负0.5m处,形状类似圆形。以上为大致解释结果,精确解释要靠β偶极装置探测结果和两种装置结果的联合分析。
2.2 β排列探测效果和结果分析
此次在野外用β偶极装置探测结果(图5,单位电极距1m),可以较明显的看到第3张反演地电断面图中位置(图中23m到33m之间)存在两个类似闭合同心圆的低阻封闭圈。其低视电阻率与围岩视电阻率存在较为明显的差异,异常体中心视电阻率最低,并向周围逐渐过渡到围岩电阻率值,可以较清晰的看到异常体的形状。左侧低阻异常体范围大约在23.4m到26.3m正负0.4m之间,右侧低阻异常体范围大约在29.3m到31.6m正负0.4m之间。左侧低阻异常体顶部埋深约在0.81m正负0.2m处,右侧低阻异常体顶部埋深约在1.25m正负0.2m处。左侧低阻异常体中心埋深大约在1.84m正负0.2m处,右侧低阻异常体中心埋深约在2.35m正负0.2m处。形状大致为圆形。异常体间距大约在3m左右。并且相互平行。分析其大小和规模,和管道标准基本符合,由此推断其为所要探测的地下水网管道。
此次野外探测中,还在该地区与地下水网管道走向大致垂直方向布置了另外两条测线,来控制管道走向。
经过工程地质的验证,地下水网管道的顶部埋深,中心埋深,底部埋深,形状,范围和上述推断基本吻合。从而也验证了高密度电阻率法在地下水网管道探测中的可行性。
通过不同电极排列方式,对同一测线视电阻率断面及反演电阻率断面的对比, 可以看出不同电极排列方式采集数据的反演结果基本都能反应地下电性不均匀体的存在,具有较好的对应性。两种装置探测结果反演电阻率断面结合分析可以很容易,清晰的判断出管道的位置和规模。
3 结语
通过本次在某城市地下水网管道的实测结果,得到以下结论:
(1)本次高密度电法探测结果可以较清楚的反应地下水网管道的具体位置、直径、走向、埋深,并取得了预期的效果。
(2)通过本次野外实际探测验证,α温纳装置对横向局部不均匀体分辨率不高。但可以大致的分析、判断异常体的大致位置、走向。而β偶极装置对横向不均匀体具有较高的灵敏度,分辨率也较高。可以用于准确的判断地下异常体位置、规模、直径、埋深等。
(3)根据本次探测显示,用高密度电阻率法探测城市地下水网管道是可行的,值得推广。
(4)在实际工作中还要多结合当地的地电条件,具体情况具体分析,选取最适合当地地电条件的装置及方法,从而取得最佳的物探效果。
摘要：在国内城市建设中,建成了大量的地下管道。当进行其它工程建设时就必须准确确定已有管道走向、埋深、直径等参数,避免在施工中发生危险。本文根据某城市地下管道的实测结果分析高密度电阻率法在城市水网管道中的应用。结果表明高密度电法能较准确的探明地下管道的位置,直径,埋深以及走向,取得了良好的效果。
关键词：高密度电阻率法,水网管道,工程物探
参考文献
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