高密度电阻法（共10篇）
高密度电阻法 篇1
摘要：工程环境由于其特殊性, 常规所使用的物探方式往往不能满足实际的工作需要, 而高密度的电阻率法就是适应特殊环境的阵列勘测的方法。高密度的电阻率法对工程地质的调查、灾害预警和环境的监测等重大的工程环境等问题有着重大的现实意义。为了更好解决工程地质环境的问题, 需对高密度的电阻探测法有更深入的了解, 提升其探测技术。
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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高密度电阻法 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)
高密度电阻法 篇3
【关键词】高密度电阻率法；工程勘察
在矿产资源、工程及环境等地质调查中，由于地质背景具有多变性和复杂性，造成使用常规电法勘探很难满足实际地质调查的需要。因此，被地学中成为“CT”的高密度电阻率法有了长足的发展，在各类地质调查中发挥了重要的效率与作用。高密度电阻率法又称为电阻率影像法，是一种阵列式的电法勘探方法，早在20世纪70年代末期英国学者就设计出了电测深偏置系统，建立了高密度电阻率的最新模式。我国地质矿产部门在80年代后期首先开展了高密度电阻率法及其应用技术的研究，并探讨完善了该方法的技术和理论。
一、高密度电阻率法的概述
高密度电阻率法是在测线上同时排列很多电极，通过对电极自动转换器的控制，实现电阻率法中各种不同装置、不同极距的自动组合，从而一次布极可测得多种装置、多种极距情况下多种视电阻率参数的方法。对取得的多种参数经相应程序的处理和自动反演成像，可快速、准确地给出所测地电断面的地质解释图件，从而提高了电阻率方法的效果和工作效率。在条件适当时，此方法对工程物探以及探测煤矿的老硐，探测古墓墓穴等有较好的效果。高密度电阻率法使用的仪器称为高密度电阻率仪或高密度电法测量系统。
高密度电法实际上是集中了电剖面法和电测深法。其原理与普通电阻率法相同，所不同的是在观测中设置了高密度的观测点。是一种阵列勘探方法。关于阵列电法勘探的思想源于20世纪70年代末期，英国人设计的电测深偏置系统就是高密度电法的最初模式，我国是从20世纪末期开始对高密度电法及其应用技术进行研究，从理论方法和实际应用的角度进行了探讨并完善，现有中国地质大学、原长春地质学院、重庆的有关仪器厂家研制成了几种类型的仪器。高密度电法野外测量时将全部电极(几十至上根)置于剖面上，利_Lfj程控电极转换开关和微机工程电测仪便可实现剖面中不同电极距、不同电极排列方式的数据快速自动采集。与常规电阻率法相比．
二、高密度电阻率法的特点
1．电极布置一次性完成．不仅减少了因电极设置引起的故障和干扰，并且提高了效率。
2．能够选用多种电极排列方式进行测量，可以获得丰富的有关地电断面的信息。
3．野外数据采集实现了自动化、智能化，提高了数据采集速度，数据的自动存储避免了人为的观测记录误差。
三、高密度电阻率法的工作流程
1.在工作开展前，首先要对整个工作区的地理特征进行分析研究，查看是否可以使用高密度电阻率法进行勘察。由于地层岩体的形成年代不同，形成后是否经历构造运动，热水变质作用，风化作用等因素都会影响电阻率值的大小。因此，在对探查结果进行详细解释时，对比资料越多越好，例如：地质勘探资料、钻孔资料、测井资料、室内岩土实验资料等都是应收集的有用资料。
2.高密度电阻率法的数据采集包括电极系，多芯电缆，多路电极轉换器和测量主机。观测时按设计一定间隔，等间距电极由多芯电缆通过转换器与主机联接，实现了数据采集、存贮、传输等计算机自动控制的全过程。在工区布好侧线，按一定的间距插上电极，用智能电缆将其联接，进而用采集仪采集工区数据。高密度电阻率法探测时由于电极多，在仪器自检电极接地效果时，所提示的接地不良电极一定要处理好，必要时可给电极周围加水，使之接地良好。
3.数据处理包括预处理和实际性处理。由于地下存在不均匀的物体、布设电极的接地电阻力大、地形起伏及地质噪声等因素的影响，都会产生干扰异常。为了所得到的结果具有真实性，通常要对原始数据进行预处理，以达到剔除干扰异常的目的。预处理主要是为了解决这些在实际工作中经常遇到的问题，以便为后续实质性处理作好铺垫。预处理方法主要包括相邻断面的数据拼接、剔除虚假点、插值和地形改正等几方面。
4.资料实质性处理（正反、演处理）
4.1.高密度电阻率法有限元法的正演。有限单元法是一种以变分原理和剖分插值为基础的数值计算发放。用这种方法求解稳定电流场电位，得到地下半空间场的分布，以表征稳定电流场的空间分布。
4.2.高密度电阻率法的测量数据在处理方法上采用佐迪方法进行二维反演。它的原理实际上是通过不断调整初始模型参数使正演曲线与实际曲线之差达到最小，此时得到的模型就作为实际测量所得到的地址模型，由此所得的最终模型参数作为反演结果。
5.为了将地下地质情况能够更准确的查清，结合实际地形条件，采用多种方法进行解释：
5.1.通过与所得到的试验图像异常特征对比进行解释。
5.2.同一剖面两种或两种以上装置的图像进行对比解释。
5.3.将图像与已知地质剖面、钻孔等数据进行对比。
5.4.抽取少量几组符合测深条件的电测深数据进行反演解释。
四、高密度电阻率法在工程勘察中的应用实例
某工程在前期地质勘查中发现施工场地存在有旧的煤矿。通过了解得知，该地区在历史上有三次大规模的煤矿开采活动，旧煤窑的地理分布极其复杂，仅用钻探方法不能解决问题，为此我选用高密度电阻率法。从已经采集到手的钻孔资料来看，该区表层填土结构疏松，土质干燥；向下为粉质粘土、粉土，含水较为丰富；基层由粉砂岩、细砂岩、砂质泥岩、炭质泥岩等组成。已探到的旧煤窑内存有碎煤、石头等堆积杂物，因此在电阻率剖面上会显出高阻特征。与地质资料相结合，我们已将施工现场存有的旧煤窑的地理分布完全掌握。分别发现旧煤窑的堆积杂物：碎煤、朽木、碎石等，与之前的探查结果相互吻合，同时电阻率剖面在5至10米深的范围内出现不连续的低阻带，可见施工现场的地下水位线与在电阻率剖面上出现的低阻带相互对应，这些资料都为以后的施工提供了有益的警示。
结束语
总之，高密度电阻率法用于工程勘察中是切之可行的。此外，随着高密度电阻率反演方法的发展，资料的成像技术也从一维和二维向三维发展，极大地提高了地电资料的解释精度。
参考文献
[1]葛如冰.高密度电阻率法在广东省工程勘察中的应用实例[J].物探与化探,1997年10月
高密度电阻法 篇4
在岩土工程实际应用往往会受到比较复杂的地形条件等问题限制而采用地球物理勘探方法对地下介质进行无损检测, 电阻率法是地球物理勘探的基本方法之一。随着工程规模的日渐扩大以及现场实际问题复杂程度的提高, 常规电阻率法很难满足实际工作的需要, 因而根据实际需求高密度电阻率法测试技术逐渐有了长足的进步和发展。
高密度电阻率法是在常规电阻率法的基础上进行的阵列式测试, 可以对电极进行一次性布设, 并通过多功能电极转换器进行自动的电极排列组合测试地下土层的视电阻率值, 之后对测试的高密度电阻率数据进行转换、处理, 并绘制正演和反演的地电断面图, 再从地电断面图中分析和解释地下异常地质体的形态及其位置等物理信息。但是在高密度电阻率数据测采集过程中, 因为仪器本身、电极的供电时间、或者工程现场噪声干扰等因素的影响, 会给实测数据带来一定的误差, 如果将这些数据送入计算机进行反演处理, 得到的结果可能会不可靠, 甚至可能会造成一些假象, 影响对真正地下异常情况的识别和判断。
为了减小这样的数据误差对解决实际岩土工程问题带来的影响, 本文探讨分析了几种避免和减少数据误差的方法, 以提高对岩土工程地下情况资料解释的可靠性。
2 高密度电阻率法数据分布
高密度电阻率法的数据分布根据隔离系数来进行逐层分布, 每条测线形成的断面中从上至下按隔离系数的增大排列各层数据剖面, 之后对这一系列的数据进行二维正反演处理计算得到相应的断面图。高密度电阻率法沿测线的观测数据点分布如图1所示。
3 高密度电阻率法数据误差
在高密度电阻率数据采集过程中, 会存在因各种影响因素而带来的不同的误差, 其中有仪器系统本身存在的误差, 有因电极布设位置、地形条件、供电时间或者是人为操作仪器失误带来的误差, 也有因工程现场的其它施工作业带来的不可避免的噪声干扰等, 纵观这些误差可以将其分为过失误差和偶然误差两大类。其中过失误差往往是因为在数据测试和采集时人为的操作错误或者是周围环境的干扰造成的。其特点是量值较大, 具有突变性和不连续性。如果不消除这种误差, 将会引起在电阻率反演图上产生局部的电阻率假象异常区, 直接影响对真实地电分布状态的识别与分析。这样的误差需要在数据采集后对其进行平滑滤波等预处理, 以减小误差对后面的结果造成的影响;偶然误差主要是测试仪器本身或者是测量大线带来的误差。具有随机性。它会引起视电阻率在小范围内的波动, 造成同一隔离系数剖面视电阻率曲线不光滑。
4 误差分析及处理方法
4.1 数据采集供电时间对比与选择
在高密度电阻率采集数据时需要对电极进行供电, 供电时间的正确选择与否对于数据所产生的误差将会有一定的影响。因为在测试过程中的供电会存在地电漂移, 由于地电漂移的存在, 不能把自然电位完全补偿掉, 也就是说虽然能将供电前的自然电位补偿掉, 但在供电期间自然电位仍然有变化。对于不同的供电时间, 有两个方面的因素共同影响测量结果误差的大小。其一, 供电时间的不同, 地电漂移的影响也不同, 其测量结果的误差就不同。通常, 供电时间越长, 地电漂移对测量结果的影响可能越大;其二, 对于仪器的测量而言, 供电时间越长, 信号越稳定, 其测量误差就越小。
在这两个因素的共同作用下, 供电时间太长和供电时间太短都会造成测量误差增大, 因此需要通过现场测试对比分析, 指导高密度电阻率法测试供电时间参数的最优选择。测试设备采用WDJD-3高密度数字直流激电仪, 测试是以同一种观测装置不同的供电时间进行对比测量。试验时, 选取了100ms, 250ms, 500ms三种供电时间进行对比。表1是这三种供电时间测量的部分数据, 表2是采用100ms, 250ms, 500ms三种不同供电时间测量数据反演结果误差对比表, 反演结果见图2。
从表2分析可知, 在现场进行高密度电阻率法测试时, 250ms和500ms这两种供电时间有利于压制地电漂移, 是较优的供电时间;而100ms的供电时间对压制地电漂移不利。具体来说, 如果测量时间和测量误差综合考虑, 250ms的供电时间最优。很明显, 随着供电时间的增加, 信号变得越稳定, 但地电漂移的影响也随之增大。供电时间增大到250ms或500ms, 二者的影响基本达到平衡, 因此测量结果的误差较小。相对而言, 250ms的供电时间为最优。
4.2 剔除数据突变值
在高密度电阻率法实际测试工作中发现:由于电极接触不好或其它各方面的干扰原因, 常使数据断面出现一些虚假点或突变点, 忽大忽小, 和相邻电阻率值相比有数十倍的差距, 进而造成电阻率拟断面图的虚假异常, 难以对其进行准确解释。
在野外当电极安置好后, 同一根电极可能是供电电极或测量电极, 如果某个电极接触不好, 对于供电回路直接影响着供电电流的大小, 从而影响电位差的测量精度;对于测量回路, 会产生读数不稳定或出现假异常现象。图2是电极接触不好时的三种断面记录情况。 (a) 是接触不好或有问题的电极位于剖面中部, 使数据断面形成两个“八”字型假异常; (b) 是接触不好的电极靠近剖面的左边, 使断面记录成“/”型异常; (c) 是接触不好的电极靠近剖面的右边, 使断面记录成“”型异常。
(a) (b) (c)
在野外无法改善电极接触条件时, 只能先将数据记录下来, 在室内利用相应处理软件剔除数据断面中的虚假点或突变点。
4.3 数据平滑滤波处理
在高密度电阻率法的测试过程中会出现一些噪声的影响, 为了减小这些随机干扰所带来的误差, 采用平滑滤波方法对测试的数据进行预处理和分析, 根据图2-1的高密度数据分布图, 本文设置的滤波公式为:
d (1, n) = (1, Ws) ·d (1, n-1) /2+Wsd (1, n) + (1, Ws) ·d (1, n+1) /2 ( (4-1)
式中1, n表示数据点在高密度电阻率二维分布图中的位置, Ws为平滑度调节系数。通常情况下, 1/3≤Ws≤1。滑动平均数据排列示意图见图4。
若平滑度调节系数为2/3时, 则 (4-1) 式变为:
d (1, n) =d (1, n-1) /6+2d (1, n) /3+d (1, n) /3+d (1, n+1) /6 (4-2)
利用 (4-2) 式对一工程实例的原始测量数据进行了平滑滤波处理, 比较处理前后的两个图像 (图5与图6) 可知:在正演剖面图中, 滤波后正演断面相对于原始数据的正演断面图更加平滑, 各个电阻率不同的土层界限更加均匀和清晰。反演结果断面图中, 在浅层垂直方向1～2m, 水平方向5～9m, 15～17m, 23～25m处的位置存在高阻异常带, 在原始数据的反演结果图中的高阻异常带界限不明显, 尤其是水平方向5～9m位置的高阻体, 受到外界噪声干扰使得高阻体的形态和整体轮廓界限模糊, 存在假象的可能, 而且垂直方向2.5～5m位置处的低阻异常带形态被放大, 土层分界线变化不明显, 经过 (4-2) 式平滑处理后, 高频成分减少, 保留了有效的低频成分, 异常特征更加明显, 可以很清晰地圈出异常体结构位置及其平面形态, 尤其在垂直方向1～2m, 水平方向5～9m位置处的高阻异常体的形态可以很清晰的显示出来, 而垂直方向2.5～5m位置处的地租带同时经过平滑滤波后, 剖面深处位置的低阻异常带的过渡位置也比较清晰的显现出来, 其上部的土层分界线也更加平滑和趋于合理。
因此, 在现场测试条件有限, 周围噪声不可避免时, 对数据资料可以采用平滑滤波处理, 这样可以降低干扰异常, 减少误差, 增加资料解释的可靠性, 但同时也应注意不能平滑处理过度, 这样会造成分辨率降低。
5 结论与建议
(1) 高密度电阻率测试数据中存在过失误差和偶然误差的影响, 对数据资料进行误差分析和处理能够减少误差, 是增加资料解释可靠性的有效手段之一。
(2) 数据采集供电时间的合理选择是有效避免地电漂移方法。通过对现场实测数据的分析与对比, 认为选择250ms的供电时间是最优的选择。
(3) 对高密度电阻率法原始数据进行平滑滤波处理可以消除噪声干扰带来的误差, 使得反演结果的分辨率有所提高, 对准确反映岩土工程中地下实际情况有积极的帮助作用。
参考文献
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高密度电阻法 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
高密度电阻法 篇6
高密度电阻率法是20世纪80年代初由日本引进,后经过长吉林大学(原长春地质学院)等单位对方法、仪器的研制开发并发展起来的一种电阻率方法[1]。相对于常规电阻率法来说,它具有成本低、效率高等的有点,因此很快在工程质量检测、水利水电工程、工程地质勘查、环境工程地质、工程质量检测和城市工程勘查等领域得到了推广应用并取得良好的效果。
溶洞的是地下水长期溶蚀石灰岩的结果,我国南方因为地下水丰富,石灰岩地区多发育溶洞,在我国北方较少。对于工程来说,溶洞的存在直接威胁工程的安全质量问题,但对于旅游开发来说溶洞又是一种比较珍贵的资源,因此对于溶洞的勘查就尤为重要。溶洞由于存在随机性和不确定以及隐蔽性,用其他的物探,钻探难以达到理想效果,而且成本较高,效率比较低,所以高密度电阻率法是探测地下溶洞的一种较为理想的地球物理方法[2,3,4]。
1 高密度电阻率法原理
高密度电阻率法是把岩石,土体的导电性差异作为基础,人工施加的稳定电流场的作用下,研究地下地质对象的存在所产生的电流分布规律的一种电法勘探方法,它是通过布设一次阵列电极来实现自动跑极和自动采集数据,可实现一次敷设电极便可得到不同的装置类型和不同极距的断面或立体视电阻率测量方法。
高密度电阻率法的勘探原理,与一般电法勘探原理完全相同,是一种在方法技术上有较大进步的电阻率法。设地表水平、介质均匀并且电阻率的大小不随电流的方向而改变的条件下,对地面上的任意两点用供电电极A、B进行供电,另外用电极M、N进行测量得到电位差ΔUMN。A、B电极在M、N两点处的电阻率的计算表达式如下:
式中:ΔUMN是测量电极M、N的电位;I为M、N之间的电流;K是电极装置系数,是与供电电极和测量电极的空间位置的距离有关的物理量。在测量工作时,只要知道了极距和装置形式,K值就可以通过计算得出。
在实际工作中,这种理想的情况是不存在的。一般被电场控制的范围内存在两种或者几种不同的岩性且地形不是水平的,那么测得的电阻率就不是在理想状态下的一种岩性的电阻率,而是电场控制范围内各种岩性电阻率的综合影响的表达。这时我们以同样的方式供电,得到的“电阻率”我们称之为视电阻率符号表示为ρs。即
实际上视电阻率是在电场的有效作用范围内各种地质体与地形电阻率的综合影响值[5,6]。从公式中我们可以看到影响视电阻率的因素有两方面:其一,是电场控制范围内的测线各地层或者地质体的电阻率、形状、规模、厚度、埋深等;其二,K值的影响,即电极的排布方式、电极距的距离、电极排列与地质体之间的相对位置等。
虽然影响视电阻率的因素较多,但对于同一地质体在同一测点上,逐次加大供电极距,这样测得的视电阻率在一定程度上反映了该点电阻率随深度的变化。再通过保持供电极距不变,在不同测点上所测视电阻率,在一定程度上反映了沿侧线同一深度一定范围内的电阻率变化。我们通过视电阻率进行定性分析,说明电场变化原因和电阻率的物理意义,从而推断其表达的地质现象。
2 工作概况
勘查区位于行唐县北河乡,勘查区主要岩性为灰岩,植被较为发育,存在不同程度的断层,完全具备发育溶洞的条件。本次勘查共布置高密度剖面5条,方向近东西向,且平行的P1、P2、P3、P4及P5剖面,P1-P4剖面均长600米,P5剖面长300米,共计2700米。
本次勘查采用高密度电阻率法里的温纳装置的工作模式。温纳装置也就是对称四极电阻率装置,A、B是供电电极,M、N为测量电极,AM=MN=NB视作一个电极间距,通过一个等电极间距对称排列装置,利用直流电场理论和均匀地下半空间电场分布规律,来研究某一深度的电阻率变化规律。两个电极之间的距离为10m,最小隔离系数是1,最大隔离系数为16。
3 数据处理与解释
对采集到的数据进行处理反演,,为稳定反演过程,压制系数随层深的增加也以1.2倍增强,迭代次数程序通常使用5次,收敛误差值一般不大于5%。通过对视电阻率的反演和三维插值高电阻率异常图件反映的剖面结构电性特征和高电阻率异常进行分析解释。
通过反演得到电阻率二维反演剖面,通过对几条剖面图分析,除第五条剖面外,其他四条都不同程度的存在着异常,并且异常较为清晰。异常处反演电阻率异常为5000-20000Ω*m,与周围电阻率差异较大,推测该异常为无填充溶洞。据高电阻率异常形态推测几个溶洞宽约15-30米不等,埋深不深,约为10-20米。
通过对该区域的电阻率进行插值分析,得到三维插值高电阻率异常图(图1),从图中可以看到该区域内存在连续的三条成条带状的高电阻率异常,推测该区域内在两条近南北走向的溶洞,且具有一定规模,可能存在一定联通性。
4 结论
本次利用高密度电阻率法的温纳剖面装置,对行唐县某溶洞进行了勘查,得到以下结论:
(1)通过二维反演电阻率剖面和三维插值高电阻率异常推断,该地区存在着一定规模的溶洞,切具有一定规模;
(2)反演得到了异常的埋深大约在10-20米,溶洞的宽度为15-30米,可能具有一定联通性,无填充。
由于本次勘查缺乏地质,工程资料,只凭高密度电阻率法反演推断可能存在一定的误差,建议再规划设计浅层地震以及一些钻探工程,两种物探方法结合地质,采集的钻孔资料进行综合分析,可极大的提高勘查精度。
参考文献
[1]李金铭.地电场与电法勘探[M].北京:地质出版社,2005:208.
[2]杨春天,许德根,张启,等.高密度电法在隐伏溶洞勘探中的应用[J].中国地质灾害与防止学报,2016,27(2)145-148.
[3]尹极,王晓东,程邈,等.高密度电阻率法在果香峪溶洞勘查中的应用效果分析[J].CT理论与应用研究,2011,20(3):301-310.
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[5]傅良魁.电法勘探教程[M].北京:地质出版社,1987:50-126.
高密度电阻法 篇7
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
参考文献
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[6]王广仓, 董延朋.高密度电阻率法数据的地形改正[J].地质装备, 2008, 9 (3) :35～38.
高密度电阻法 篇8
高密度电阻率法的简单介绍
与传统电阻率法相比, 高密度电阻率法的勘察基本原理没有明显区别, 其主要工作原理是应用不同岩土体之间的导电性能的差异, 对岩土体施加人工电场, 在这种电场力的作用下, 不同导电性能的岩土体中的传导电流会具有明显不同的分布规律。这种通过不同岩土体电阻变化率的不同来对相关岩土层的构造、结构、性能等进行判断的方法就是电阻率法。
与传统电阻率法相比, 高密度电阻率法在进行岩土体勘察时, 会布置大量电极, 并且能够在测试过程中, 进行电极开关的自动组合与切换, 以此来对相关岩土体进行电剖面测试及电测深。这种勘察方法与传统电阻率法相比, 测量成本、测量精度、测量效率等都明显优于传统勘察方法。
高密度电阻率法在风化岩地质勘察中的应用
1 工程概况
本次研究中, 结合某大型炼油厂中的炼油项目中风化岩地基勘察实例, 来对高密度电阻率法在风化岩地基勘察中的应用进行简单分析。通过初步的钻孔调查发现该项目中场地地层情况为:不同风化程度的风化白云质泥岩、泥质砂岩、砂岩、灰岩等, 其中风化白云质灰岩具有较薄的厚度, 但是其厚度在水平方向上具有较大变化, 局部地区的厚度比较大, 并且在其与下伏砂岩具有接触的地方, 发现有溶蚀的现象存在;而下伏砂岩的变化恰恰与风化白云质泥岩的变化情况相反, 其在水平方向的变化是比较平稳的, 但是其垂直方向上的厚度是比较大的, 但是其中具有隔层风化的特点, 这使得场区总体上的地层特点非常复杂。通过以上分析可以看出, 在进行场区地基勘察过程中, 需要解决的主要问题就是风化岩在垂直及水平方向上的分布情况及均匀程度的勘察。依据相关工程勘察规范的要求, 需要在这类地层勘察工作中布置数量较多的勘探孔, 但是采用常规方法进行勘察时, 需要投入较大的勘察成本。为了有效降低勘察成本, 增加勘察效率, 在本次研究中, 采用传统勘察方法与高密度电阻率法相结合的方法来进行风化岩地基的勘察。
2 高密度电阻率法应用于风化岩地基勘察中的意义
根据对相关勘察资料的考察, 在进行风化岩地基勘察时, 为提高勘察效率及准确性, 通常需要确定出合理的勘察间距。勘察间距对于整个勘察工作的准确性及效率具有非常重要的影响。在一般勘察工作中会将土层勘探点间距范围的下限值作为风化岩地基勘察的勘探点间距, 而在进行风化岩地基勘察时, 需要布置较多地基勘察点。这样就需要在测量、勘探等工作上耗费更多的人力、物理, 勘察成本就会明显上升, 工作量加大以后, 工期也会延长, 这是不利于风化岩地基勘察工作效率的提高的。而与传统勘察方法相比, 高密度电阻率勘察法具有诸多优点。如果在传统勘察方法基础上, 在风化岩地基勘察中应用高密度电阻率法, 能够对风化岩地基的结构构造、风化变化规律、风化均匀程度、地基岩性等进行有效评价, 然后再利用传统勘察方法对风化岩地基的勘察进行有效验证及补充, 对于风化岩地基勘察效率的提高是非常重要的。
3 高密度电阻率法应用于风化岩地基勘察中的工作原理
在高密度电阻率法的地基勘察工作中, 电极的合理布置是其中非常重要的内容, 其一般情况下的现场电极布置示意图如图1所示。
与传统电阻率法相比, 高密度电阻率法在对单个勘探点相关数据进行测量与计算时, 与传统电阻率法没有太大差异, 只在所布置的电极数量、采集结果数据分析上有一定差异。在高密度电阻率法测量工作中, 只要电缆长度足够长, 可以布置电极的数量非常多。所使用的自动控制开关的电缆上电极开关数量越多, 高密度电阻率法测量时能够布置的电极数量就会越多。但是随着电极开关数量的增多, 测量过程中出现故障的几率也会随之增多, 一旦出现故障就需要花费更多精力来进行故障检修。
应用高密度电阻率法进行风化岩地基勘察时, 能够实现采集数据的自动记录及电极开关自动切换。在勘察过程中, 采集系统会根据相关测量及数据采集需要, 对采集参数及装置形式进行预先设置, 这样就能使系统在进行勘察的过程中, 根据勘察的需要, 对电极开关进行自动切换, 同时会自动完成相关数据的记录工作。系统还能将电剖面与电测探有效进行融合, 然后根据二者融合的结果得到相关地层联合剖面图, 并将其动态联合剖面图在计算机屏幕上进行显示, 这能使勘察过程中对观测到的数据实时检测, 一旦出现异常情况能及时发现。
4 高密度电阻率法在风化岩地基勘察中的剖面解释
本次研究中, 将高密度电阻率法应用于实际场地的风化岩地基勘察中, 能够得到电测深图以及电阻率剖面图, 并能在计算机上观测到三维立体联合剖面图, 具体实测图形如下图所示。
从上图中的DF4剖面图中可以看出, 该风化岩地层中的电阻率差异明显, 可以将其大致划分为三个区域, 即图中的I区、II区、III区。其中I区主要是指:深度在3米至8米之间, 水平距离大于0小于230米的范围中, 其电阻率的值介于100到400之间;II区范围是:深度在3米到10米之间, 水平距离在230米到350米之间, 其电阻率范围为900到1300之间;III区范围是:深度为4米到10米之间, 水平距离为350米到550米之间, 其电阻率值在200到400之间。
5 高密度电阻率法在风化岩地基勘察中的结果验证
通过以上分析可知, 该风化岩地层的各个区域之间导电性能具有很大差别, 其原因多种多样, 包括岩性差异、风化程度差异、结构构造差异、地下水位差异、矿物成分差异等因素。经以上分析, 再通过钻孔检验来对具体岩质进行勘察, 发现具有较高电阻率的I区中大多是保存比较完整的白云质灰岩, 并且该岩层厚度较大;II区受到下部强风化砂岩控制, 电阻率较低, 白云质灰岩厚底也较小;III区电阻率值受到下部强风化泥质砂岩及中风化泥岩影响, 虽然其中也具有一些白云质灰岩, 但总体上电阻率值是比较低的。DF8剖面图描绘的是III区电阻率变化特征, 从该图中可以看出, 导致电阻率值具有较大差异的主要原因是岩层的发育程度的差异及岩性结构之间存在差别。由此可见, 风化岩中电阻率值的变化规律反映的是岩层风化的变化规律及岩体结构的变化特征。
由于电阻率勘察法与钻探勘察法能够相关补充, 相互验证, 因此, 在进行风化岩地基勘察时, 可根据高密度电阻率法的勘察结果来确定各个区域中勘探点间距, 对其间距方案进行有效优化。例如, 根据高密度电阻率法勘察结果, 如果相关区域的风化程度变化不大, 可以适当增大该区域中勘探点之间的间距, 如果相关区域的风化程度变化较大、基岩完整性较差, 则需要根据实际情况适当减小勘探点之间间距。
通过图4所示的三维立体联合剖面图, 能够看出各个区域中的地层状况及风化均匀性特征, 以此进行钻孔点及钻孔距离的确定, 能够有效减少勘察工作中的钻孔量, 对于风化岩勘察方案的优化具有非常重要的作用。
结语
随着各项技术的应用, 高密度电阻率法广泛应用于地基勘察工作中, 尤其是风化程度不均匀的风化岩地基勘察工作中。高密度电阻率法能够对风化岩层的地层数据进行高密度采集, 并且具有实现速度快、成本小的特点。通过高密度电阻率法对相关场地风化岩地层情况进行采集、记录与分析, 得到地层岩体结构构成、分布情况、风化情况的大致结果, 在此基础上对勘察、钻孔方案进行优化, 能够有效减少勘察工作量, 提高勘察工作效率, 对于缩短风化岩地基勘察工期, 减少勘察成本具有积极作用。
摘要：风化不均匀是风化岩地基的主要特点, 而对于此类地基的勘察工作, 相关工程勘察规范中做出了严格要求, 对于勘察工作中的布孔间距等都进行了严格的规定以此来保证勘察工作的质量, 但是这也加大了风化岩地基勘察工作的工作量。将高密度电阻率法应用于风化岩地基的勘察工作中, 能够有效的提高勘察效率。本文就对高密度电阻率法在风化岩地基勘察中的应用进行简单分析。
关键词：高密度电阻率法,风化岩,地基勘察,应用
参考文献
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高密度电阻法 篇9
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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高密度电阻法 篇10
关键词：高密度电阻率法,地电阻,滑坡
近年来, 随着地质活动的越来越活跃和人类工程项目越来越广泛的开展, 滑坡工程已成为目前人类工程施工中常常需要面对和分析的工程模式之一, 由于这种工程项目在施工的过程中存在着极大的地形、地质和其他不良因素、不稳定因素的影响, 使得其在工作中必须要保持高度的重视和采用必要的工作参数, 其在施工中任一环节出现问题都可能造成重大的工程事故, 给工程进度和施工效率带来极大的影响。
1 高密度电阻法概述
高密度电阻法在不良土质勘查工作中具备着优良的性能与优势, 其不但能够获取有关地断面结构特征参数和信息, 更是为地质灾害的发生提供了有效的预防和勘查处理措施。在目前的滑坡治理工程项目中, 高密度电阻法的应用越来越广泛, 已成为探测和查滑坡工程中存在的主要影响因素以及引发原因的关键所在。
高密度电阻法通常都是在工作中将多种不同的电极按照施工需要有规律、有目的的排列在同一个测量线上, 通过转换器来对这些电极进行控制, 并实现电阻率在其中运行中所存在的组合和参数形式。二从一次布极工作中我们可以获取多种电阻率参数方法, 从而有效的提高了电阻率的工作效果和工作效率, 同时在适当的条件下, 这种方法还可以勘察出地质结构中存在的各种不良成分和非物质结构, 从而提高了土质勘查工作效率。这种地质勘查措施和勘查方法最早是集中在电剖面上的一种电测探法, 其工作原理与普通的电阻率发工作大多出地方都相同, 所不同的是其在工作中存在的观测点是采用阵列式勘查的一种工作模式。随着近年来高密度电阻率发的不断普及和深入研究, 其工作经验也得到了一定程度的发挥和满足, 积累了不同的工作效益和工作方法, 基于这些情况, 我们在工作的时候对于金属和非金属、矿产、水文地质以及工程灾害方面都发挥了广泛的应用, 使得其在工作中能够快速准确的解决其中存在的各种地质因素和隐患, 从而发挥出应有的工作优势。
2 滑坡物质组成与物理性质特征
滑坡体工程地质条件, 水文地质条件, 滑坡坡形、坡高、坡率, 提供有关地层特别是划动界面层的物理力学性质和参数。本滑坡由于国道扩建在公路一侧开挖山体坡脚导致山体滑动, 现要求对边坡进行滑坡地质勘察和评价, 为边坡设计提供勘察依据。滑坡体是由第四系的碎石、含角砾粉质粘土、残积土组成。
2.1 碎石:
灰褐色~黄褐色。由火山碎屑岩与砂页岩碎石及块石构成主体, 粘性土充填。粒径大小不一, 一般粒径40~110mm, 最大粒径500mm, 湿~饱和。该层为滑坡体主要层位, 沿坡向厚度逐渐加大。地球物理特征为电阻率值变化较大。
2.2 含角砾粉质粘土:
黄褐色。可塑。具粘着感。含少量碎屑岩角砾碎石。厚度0.3~0.5m, 层位分布不连续。该层为滑坡体中隔水层, 属滑坡体不稳定层位。电阻率显示为低阻特征。由于含角砾和粘土成分不均, 电阻率会有变化。
2.3 残积土:
黄绿色。由碎屑岩与砂页岩风化残留物组成, 无塑性, 分布于靠沟底地带。厚度0.3~0.5m。为滑坡体不稳定层位。电阻率特征表现为低阻, 变化较小。
2.4 基岩:下伏基岩为白垩系小岭子组砂质页岩, 灰绿色。砂泥质结构, 层状构造。页理与节理裂隙均发育。
根据本区岩性特征分析, 由于基岩是隔水层, 滑坡体由粘土和碎石组成, 厚度较小而却变化较大, 电阻率值随滑坡体含水的不同而有变化, 具备高密度电阻率方法勘探前提。
3 方法选择及改进
高密度电阻率法勘探的排列方式有很多, 经试验选择偶极装置。在试验过程中, 由于滑坡体厚度较小, 我们发现使用的高密度勘探专用电缆是定制式, 点距10 m, 按照常规的工作方法, 勘探深度较大。地表0~7 m深很难准确的区分层位, 电阻率剖面分辨率较低, 很难反映浅部地质体的实际情况, 为此, 将点距10 m的电缆按照3 m进行布置, 利用测绳量距, GPS收点, 根据实际的地形地貌绘制高密度电阻率二维剖面, 便于进行实际地质工作验证, 达到精细测量的目的。较好的反映出近地表的岩性变化情况。
4 应用效果
根据工作任务的需要, 本区共完成高密度电阻率测深剖面七条, 基本上查清了滑坡体的大致分布情况, 根据高密度电阻率剖面特征, 进行了钻探、井探等山地工程验证, 验证结果与物探推断基本一致。这里选择两条高密度电阻率剖面进行推断解释, 供大家参考。
2号二维高密度电阻率剖面图显示, 剖面方向与滑坡体一致, 主要是勘察滑坡体沿纵向岩性的变化, 根据其电阻率的变化特征, 圈定出低阻带, 然后进行山地工程验证。由剖面图可以看出:0~30 m表现为低阻, 主要反映冲沟内堆积的冲积物, 并且含有一定的水分。30~90 m处电阻率变化较大, 浅部表现为高阻, 主要是由滑坡体表层堆积碎石引起, 厚度较小。随着极距的增大, 勘探深度增加, 剖面反映的地质状况更加明显, 在51和75 m处有明显的低阻点, 电阻率值20~40欧姆·米, 明显低于其周围地层, 经井探验证, 该低阻体是由碎石和粘土组成, 富含水分, 具有很大的活动性。在两个低阻体间有两个高阻体, 是由粘土组成, 形成隔水层。在99~200 m处, 高密度电阻率剖面主要表现为低阻值状态, 其地质体是由碎石和粘土组成, 由于滑坡体前部有隔水层, 基岩又是隔水层, 使破碎的地质体中含有大量的水分, 容易形成新的滑坡体。整个二维电阻率剖面显示, 在5m以下存在低阻带, 大致反映出滑坡体分布的空间形态特征。
5 号线二维高密度电阻率剖面
根据地面所见滑坡体的实际位置布设, 主要是解决滑坡体的厚度及边界。根据剖面分析, 在0~60 m处电阻率显示为低阻, 低阻体的厚度大约为6~8 m, 基本上反映出滑坡体的大致位置和形态特征, 为工程验证提供了准确的物探信息资料。60~90 m处电阻率值明显增大, 但地质体浅部由碎石组成, 厚度较小含水较少, 是比较稳定的岩体。
6 结论