王國方 肖開樂
摘 要:跨孔電阻率層析成像是通過在兩鉆孔中分別放入一定數(shù)量的電極,觀測兩孔間電流、電壓數(shù)據(jù),通過反演獲得兩井間電阻率分布斷面圖,分析不同巖土介質(zhì)與電阻率之間的對應(yīng)關(guān)系,進(jìn)行地質(zhì)信息解釋,進(jìn)而達(dá)到工程勘探目的。它不僅解決了孔與孔之間的電阻率問題,而且對場地要求較低施工方便。通過對深圳地鐵歡樂海岸孤石的大小和范圍進(jìn)行探測,充分證明該方法在解決此類工程問題上的有效性和準(zhǔn)確性。
關(guān)鍵詞:跨孔;電阻率;層析成像;孤石
中圖分類號:TB 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A doi:10.19311/j.cnki.16723198.2017.21.106
1 引言
巖石在風(fēng)化營力的作用下,其結(jié)構(gòu)、成分和性質(zhì)已產(chǎn)生不同程度的變異,應(yīng)定名為風(fēng)化巖。根據(jù)風(fēng)化程度的不同劃分為全、強(qiáng)、中、微四類。已完全風(fēng)化成土而未經(jīng)搬運(yùn)的應(yīng)定名為殘積土。孤石是殘留于風(fēng)化巖體中,多為中-微風(fēng)化狀,周圍巖體多為全風(fēng)化狀,主要是不均勻風(fēng)化的產(chǎn)物(如花崗巖的球狀風(fēng)化)。孤石是獨立存在的,一般處的位置不高;塊石主要為坡洪積、崩積、滑坡堆積、倒石錐等形成,粒徑大于20cm的顆粒含量超過50%。在進(jìn)行城市基礎(chǔ)設(shè)施的修建前必須予以查明。本文針對深圳地鐵歡樂海岸修建前期,采用跨孔電阻率層析成像對有孤石區(qū)域進(jìn)行檢測,得出多條視電阻率剖面圖,分析判斷孤石的大小以及范圍。
2 跨孔電阻率層析成像的基本原理
直流電法是通過地面或井下的兩個供電電極(一正一負(fù))向地下注入穩(wěn)定電流,形成一個穩(wěn)定電流場,由于巖礦體和地質(zhì)異常存在電性差異,在地表或井下觀測到的電流場分布將會不同,通過直流電法儀記錄相關(guān)參數(shù),求取視電阻率,根據(jù)電阻率的變化來判斷地下的地質(zhì)異常。
而跨孔電阻率層析成像是以巖礦石的電性差異為基礎(chǔ),在兩鉆孔中分別放入一定數(shù)量的電極,觀測兩孔間電流、電壓數(shù)據(jù),通過反演獲得兩井間電阻率分布斷面圖,分析不同巖土介質(zhì)與電阻率之間的對應(yīng)關(guān)系,進(jìn)行地質(zhì)信息解釋,進(jìn)而達(dá)到工程勘探的目的。
3 野外施工
3.1 野外施工設(shè)計
孤石探測共分為三個區(qū)域,分別為ZK70區(qū)域、ZK62區(qū)域和ZK67區(qū)域。由于回填土比較松散含水性較差和PVC管高阻導(dǎo)致電流屏蔽較為嚴(yán)重,采集數(shù)據(jù)量比較少,導(dǎo)致以下三個區(qū)域探測時,淺部(0-5米)的反演結(jié)果失真??缈纂娮杪蕦游龀上穹ú杉瘮?shù)據(jù)時,需要有鉆孔方能進(jìn)行。而鉆孔實際上是會改變其周圍介質(zhì)的視電阻率性質(zhì),因此在下面的視電阻率剖面中,靠近鉆孔的數(shù)據(jù)與中部數(shù)據(jù)會有差異。
3.2 數(shù)據(jù)采集
本次使用的儀器是由澳大利亞研發(fā)的FlashRES UNIVERSA系統(tǒng)。該儀器具有采集數(shù)據(jù)過程自動化程度高,數(shù)據(jù)量大的特點,經(jīng)多項工程探測實踐證明,探測效果理想,準(zhǔn)確度較高。
按照儀器的工作方式進(jìn)行測線放置,對已知采空區(qū)的地方進(jìn)行試驗工作,根據(jù)試驗數(shù)據(jù)設(shè)定工作參數(shù),本次數(shù)據(jù)采集的具體參數(shù)為,采集供電電壓120v,供電時間3s,電極全排列組合供電,剩余電極多通道采集。
4 數(shù)據(jù)處理、解釋與成圖
4.1 數(shù)據(jù)處理
FlashRES 64多通道超高密度地面/井地/井井直流電法勘探系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理是利用該套儀器專門配置的處理軟件FlashRES 64進(jìn)行處理,處理結(jié)果的輸出為Surfer能夠直接調(diào)用的grd格式的文件,再用Surfer繪制的該剖面的真電阻率剖面圖,最后利用該真電阻率剖面圖結(jié)合地質(zhì)及其它物探方法的資料進(jìn)行綜合解釋工作。
4.2 解釋
孤石其介質(zhì)成分主要是花崗巖,應(yīng)在圖上表現(xiàn)為相對高阻異常,另外由于孤石是一個孤立體,故在視電阻率剖面上表現(xiàn)為一個閉合曲線。由于各種介質(zhì)的電阻率除本身的電性特征外,還受多種外界因素的影響,如濕度,溫度,密實度,地下水礦化程度和在施工中其它鉆孔繼續(xù)施工作業(yè),還有周圍高壓電的影響,而不同巖性在不同的情況下可能導(dǎo)致相同的電性曲線,這使得本方法在解譯時很難給出一個確定的視電阻率判釋數(shù)值。根據(jù)在探測區(qū)探測的情況,我們認(rèn)為孤石的視電阻率值應(yīng)在30歐姆·米以上。
4.3 成果圖
ZK70區(qū)域測線布置見圖1。圖2和圖3分別為通過對ZK70-1(ZK16)與ZK70-3(ZK17)和ZK70-2(ZK18)與ZK70-4(ZK19)進(jìn)行跨孔電阻率成像得到的視電阻率剖面圖和相應(yīng)的地質(zhì)推斷圖。在地質(zhì)推斷圖中淺藍(lán)虛線表示推斷地下水位大約在地表以下1.4米,紅線表示推斷填土與淤泥的分界面,綠線表示推斷淤泥與殘積土的分界面,藍(lán)線表示推斷殘積土與花崗巖(基巖)的分界面,紅圈表示推斷孤石的位置。
在圖3中深度1-2米和圖2深度3-6米處的高阻異常體,我們推測是由于回填土比較松散含水性較差或PVC管高阻導(dǎo)致電流屏蔽較為嚴(yán)重,采集數(shù)據(jù)量比較少,反演結(jié)果失真導(dǎo)致的。在圖2深度9-15米和圖3深度14-16米出現(xiàn)高阻異常區(qū),該高阻異常區(qū)的視電阻率值在35歐姆·米,我們推測是由于殘積土中的碎石造成的。圖2和圖3中深度8-14米處出現(xiàn)低阻區(qū)域,該區(qū)域的電阻率值范圍是0-10歐姆·米,推測是由于殘積土的含水(海水的電阻率很低)比較大造成的。在圖2視電阻率剖面圖的橫坐標(biāo)2-4米、深度約19米到21米處和圖3的2-4米、深度約19米到21米處的視電阻率值都大于45歐姆·米,我們推測這兩處的高阻異常區(qū)是較完整的基巖或孤石,在視電阻率剖面圖中用紅圈表示,在孤石位置平面圖(圖4)中用陰影表示孤石或完整基巖的分布范圍。
與ZK70的成圖方法相同,分別得到ZK67和ZK62的孤石位置平面圖,用圖5和圖6表示。
5 結(jié)論
通過跨孔電阻率層析成像探測,發(fā)現(xiàn)在圖1所示的三個分測區(qū)內(nèi)皆存有孤石。具體如下:
(1)ZK70處孤石的位置如圖4所示。在ZK70-1與ZK70-3測線距(ZK70-1)2米到4米和ZK70-2與ZK70-4測線距(ZK70-2)2米到3.8米之間的區(qū)域,其深度大約在18-21米處。
(2)ZK67處孤石的位置如圖5所示。在ZK67-3與ZK67-5測線距(ZK67-3)2.8米到4.8米和ZK67-4與ZK67-6測線距(ZK67-4)3米到4.8米之間的區(qū)域,還有ZK67-4與ZK67-5測線距(ZK67-4)1.5米到3米之間的區(qū)域,其深度大約在20-24米處。
(3)ZK62處孤石的位置如圖6所示。在ZK62-1與ZK62-3測線距(ZK62-1)1.8米到4米和ZK62-2與ZK62-4測線距(ZK62-2)2.8米到5.8米之間的區(qū)域,還有ZK62-1與ZK62-2測線距(ZK62-1)2米到3.5米之間的區(qū)域,其深度大約在18-22米處。
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