高密度電法在贛西地區(qū)巖溶勘察中的應(yīng)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(yīng)用職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江西 南昌 330043

0 引言

由于電廠建筑對(duì)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(shí)長(zhǎng)花費(fèi)高而且對(duì)整個(gè)廠址的異?？刂凭炔桓?。巖溶地基勘察一直是巖土工程界的一大難題，當(dāng)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(jì)、快速、高效的特點(diǎn)，可以快速有效的查明勘測(cè)區(qū)的巖溶異常分布形態(tài)。但其缺點(diǎn)是對(duì)于異常的垂向分辨率較低，且針對(duì)不同的地質(zhì)地形條件，采用不同的裝置方法將會(huì)造成不同的探測(cè)結(jié)果，為了得到較準(zhǔn)確較全面的探測(cè)成果，在一個(gè)測(cè)區(qū)根據(jù)已知鉆孔做高密度參數(shù)試驗(yàn)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(guò)觀測(cè)和研究人工建立的電流場(chǎng)在大地中的分布規(guī)律。這是一種適用于淺層電阻率測(cè)深——剖面法的陣列電阻率勘探方法。野外測(cè)量時(shí)預(yù)先將全部電極置于測(cè)點(diǎn)上，然后通過(guò)程控電極轉(zhuǎn)換器和電測(cè)儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。因?yàn)殡姌O是一次布置完成的，數(shù)據(jù)采集是程序控制自動(dòng)進(jìn)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(cuò)誤。一次布置完電極后，可以進(jìn)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(cè)量工作

高密度電法自上世紀(jì)80年代從日本引入我國(guó)以來(lái)，在工程勘探中應(yīng)用效果顯著，越來(lái)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(cè)點(diǎn)密度，一次可以完成縱橫二維勘探過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了電阻率的快速采集，觀測(cè)精度較高，數(shù)據(jù)采集較可靠，對(duì)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(yīng)用于工程地質(zhì)勘察和環(huán)境災(zāi)害檢查，如覆蓋層厚度、裂隙、洞穴、軟弱夾層探測(cè)等。野外作業(yè)時(shí)，將全部電極置于測(cè)點(diǎn)，然后利用程控電極開(kāi)關(guān)和電法儀器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速自動(dòng)采集

3 應(yīng)用實(shí)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(duì)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(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)將造成較大的影響，尤其是兩個(gè)冷卻塔的設(shè)計(jì)位置，是重點(diǎn)探測(cè)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(jìn)行高密度電法工作的基礎(chǔ)，對(duì)地層電性特征的認(rèn)識(shí)是對(duì)電性層進(jìn)行地質(zhì)標(biāo)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(jìn)行鉆探施工時(shí)，鉆孔ZK16在深24m處見(jiàn)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(jì)沿著地層走向方向布置了一條通過(guò)鉆孔ZK16的高密度電法測(cè)線，并分別采用了溫納裝置及施倫貝爾裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，現(xiàn)場(chǎng)即對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理解釋，國(guó)內(nèi)目前普遍多使用瑞典的2DRES軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，經(jīng)過(guò)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(xì)分析對(duì)比兩種裝置的反演結(jié)果圖，可以發(fā)現(xiàn)兩種裝置對(duì)異常的反映分辨率差別較大:圖1對(duì)應(yīng)ZK16位置并無(wú)明顯的巖溶異常，但在鉆孔的兩側(cè)有低阻異常。圖2對(duì)應(yīng)ZK16的位置從21m左右開(kāi)始有一藍(lán)色低阻異常，直至深部50多米結(jié)束，對(duì)應(yīng)的視電阻率范圍為10Ω·m ～60Ω·m，解釋為巖溶反映，而鉆孔實(shí)際為21m見(jiàn)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(yīng)的影響，異常的范圍大小較鉆孔所見(jiàn)巖溶深度要大，但溶洞頂部位置對(duì)應(yīng)的比較吻合。分析對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果后，決定采用施倫貝爾裝置對(duì)整個(gè)勘察區(qū)進(jìn)行探測(cè)。

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(jiǎn)單到復(fù)雜，當(dāng)基巖面巖溶裂隙發(fā)育時(shí)，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(dāng)巖溶裂隙發(fā)育時(shí)，局部會(huì)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(jìn)入數(shù)據(jù)處理階段，得到各條測(cè)線的反演斷面圖。在對(duì)各條測(cè)線進(jìn)行解釋的時(shí)候，參照試驗(yàn)結(jié)論進(jìn)行半定量解釋。根據(jù)當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)情況，地下極有可能存在溶洞暗河，所以根據(jù)測(cè)區(qū)內(nèi)各條測(cè)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(yàn)證

鉆孔驗(yàn)證是對(duì)物探工作評(píng)價(jià)最直接的方法，列表1為提供的三個(gè)驗(yàn)證孔的驗(yàn)證結(jié)果，可以看出，在充分做了試驗(yàn)準(zhǔn)備工作，參照試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行的半定量解釋，可靠性是相對(duì)較高的。

表1

圖3 驗(yàn)證孔1反演結(jié)果圖

圖4 驗(yàn)證孔2反演結(jié)果圖

驗(yàn)證孔1鉆探驗(yàn)證結(jié)果與解釋結(jié)果較為接近，驗(yàn)證孔2的鉆探過(guò)程出現(xiàn)掛壁現(xiàn)象，說(shuō)明推斷的異常中心位置與實(shí)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(shí)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(cè)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(duì)確切范圍較難確定；2）為了高密度電法工作準(zhǔn)確率，野外工作要嚴(yán)格按照規(guī)范執(zhí)行，在條件允許的情況下，結(jié)合鉆孔進(jìn)行試驗(yàn)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(jìn)行解釋，以達(dá)到準(zhǔn)確解決不同地址問(wèn)題的目的。

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