超高密度电法采空区勘探技术方案

超高密度电法采空区勘探技术方案 周绪鸿 +8613907860723(超) 高密度电法采空区勘探技术方案广 西 安 科 岩 土 工 程 有 限 责 任 公 司 2011 年 4 月 南宁超高密度电法采空区勘探技术方案 周绪鸿 +8613907860723 目 录 1 工作目 的与任务 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2 工程地质地球物理条件分析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3 物探工作依据标准及规范 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 4 超高密 度电法原理及仪器设备 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 4. 1 超高密度电法勘探原理 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 4. 2 超高密度电法勘探仪器简介 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 4. 3 数据处理与资料解释 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 5 成果的形式及提交方式 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 6 人员 与设备 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 7 测线布置、 工作量及经费预算 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 超高密度电法采空区勘探技术方案 周绪鸿 +8613907860723 11 工作目 的与任务 本次超高密度电法地表勘探的目的是： 采用超高密度电阻率方法查明项目工作区的采空区（包括硐室、 巷道等） 存在与否， 以及它存在的位置、 形态特征和分布范围等，为后续岩土工程勘察及建设工作提供可靠的物探信息。高密度电法勘探深度

2 工程地质地球物理条件分析 项目工作区岩性为泥岩、 泥质粉砂岩、 粉砂岩、 砂岩等， 采空区（包括硐室、 巷道等） 具有隐伏性强、 空间分布特征规律性差、 采空区顶板冒落塌陷情况等特点， 具有较大的地质灾害隐患， 给安全生产构成严重威胁， 但在电法勘探里， 采空区的位置均会以相对高阻或低阻的形态存在， 从而出现电阻率高阻或低阻异常两种情况， 出现低阻的原因是地下水位较高， 采空区充水或已经出现塌方（包括部分塌陷） 充填泥等原因造成的，高阻即为采空区未出现塌方并且在地下水位上方， 针对此特性， 我公司采用目前世界上先进的采空区勘探整体解决方案， 即利用超高密度电法等地球物理方法探测到采空区的位置， 再使用专用软件对采空区进行数字化和可视化处理， 达到科学探测采空区的目的。但由于各种介质的电阻率除本身的电性特征外， 还受多种外界因素的影响， 如湿度， 松散度等等， 为使得勘探成果精度更高， 需通过钻孔资料（2-3 个钻孔） 的协助来对该地区的地质情况进行针对性的分析来完成最终的解释报告。 3 物探工作依据标准及规范 《岩土工程勘察规范（2009 版）》 (GB50021-2001) ； 《城市勘察物探规范》 (CJJ7—85) ； 4 超高密度电法原理及仪器设备 4. 1 超高密度电法勘探原理 多通道、 超高密度直流电法勘探系统是澳大利亚 ZZ Resistivity Imaging 研发中心多年研究的成果（此方法的文章已在美国的《Geophysics》 杂志 2007－3－4 期上发表）。

超高密度直流电法勘探仍然基于在人工直流电场的作用下， 地表的电场分布与地下岩土介质的电阻率分布相关的基本原理， 此方法广泛应用于探测溶洞、 采空区、 防空洞、 断层， 破碎带等不良地质体勘探， 也可用于找矿、 灌浆检测等领域， 具有数据量丰超高密度电法采空区勘探技术方案 周绪鸿 +8613907860723 富、 成本低、 受场地干扰小、 工作效率高等优点。 1） 首先超高密度电法打破了 常规电法勘探中数据采集方式的限制， 而采用自由无限制的任何四极的组合方式来采集数据， 正是基于此这种超高密度方法可采集到几十倍与常规电法数据采集方式采集不到的数据。 例如同在一个 64 电极的排列中， 常规的数据采集方式仅可采集到 1000 多个数据， 而用这种超高密度的方法， 就可采集到 60000多个数据。 如此多的数据大大提高了反演结果的准确性和可靠性。 也避免了常规数据采集方法中数据采集的片面性（有些偏重于横向分辨率， 有些偏重于纵向分辨率等等） 而导致在同一地点采用不同数据采集方式采集的数据所产生的反演结果不同的缺点， 这是我们在世界上的首创。 2） 该方法的第二个特点是它彻底的抛弃了 视电阻率的概念。

超级电容采用活性炭材料制作成多孔电极,同时在相对的碳多孔电极之间充填电解质溶液,当在两端施加电压时,相对的多孔电极上分别聚集正负电子,而电解质溶液中的正负离子将由于电场作用分别聚集到与正负极板相对的界面上,从而形成两个集电层,相当于两个电容器串联,由于活性碳材料具有≥1200m2/g的超高比表面积,而且电解液与多孔电极间的界面距离不到1nm,根据前面的计算公式可以看出,这种双电层电容器比传统的物理电容的容值要大很多,比容量可以提高100倍以上, 从而使单位重量的电容量可达100f/g。 比如设计一个心电图机， 电极采集进来的除了需要处理的心电信号本身， 还包含电极的极化电位（直流）， 从电源感应来的50hz干扰等等， 而这些不相关的信号往往要比需要处理的信号强很多。5.在对导线测量的碎步点的高程进行测量时，我们采用全站仪和水准仪两种仪器均进行了观测，发现水准仪采集的数据精确度较高，而全站仪采集的数据误差较大，所以我们在进行控制点的高程进行测量时应尽量选取精度较高的水准仪进行测量。

ABMN1N2N3N58N59N60N61 4. 2 超高密度电法勘探仪器简介 仪器是由澳大利亚 ZZ Resistivity Imaging 研发中心最新研制成功的 FlashRES 64多通道超高密度地面／ 井地／ 井井直流电法勘探系统， 该产品已经在中国申请专利， 主机如下图所示。 2超高密度电法采空区勘探技术方案 周绪鸿 +8613907860723 图 1 FlashRES 64 多通道超高密度地面／ 井地／ 井井直流电法勘探系统主机 4. 3 数据处理与资料解释 Flash RES 64 多通道超高密度地面／ 井地／ 井井直流电法勘探系统的数据处理是利用该套仪器专门配置的处理软件 FlashRES64S 进行处理， 处理结果的输出为 Surfer 能够直接调用的. grd 格式的文件， 再用 Surfer 绘制的该剖面的真电阻率剖面图， 最后利用该真电阻率剖面图资料进行解释工作。 5 成果的形式及提交方式 最终勘探成果以报告的形式出具， 报告内容主要包括真电阻率剖面图解释成果图 （图2）、 相关解释说明以及可视化电阻率三维成像图（图 3） 等， 外业完成后 12 天内完成资料交付。

051 01 5202530354045505560657075808590951 001 051 1 01 1 51 2581 2601 2621 2641 2661 2681 2701 2721 2741 2761 2781 2801 2821 2841 2581 2601 2621 2641 2661 2681 2701 2721 2741 2761 2781 2801 2821 284JK01JK02JK03JK04JK05JK06JK07 地面塌陷超高密度电法采空 区勘探成果图例 巷道采空区位置 图 2 超高密度电法采空区勘探成果图图例（已完成勘探成果例子） 3超高密度电法采空区勘探技术方案 周绪鸿 +8613907860723 采空区三维分布位置（长*高*宽, 单位 m）超高密度电法勘探电阻率三维成像图（可视化） 图例 4 图 3 超高密度电法勘探电阻率三维成像图（可视化） 图例（已完成勘探成果例子） 6 人员 与设备 拟成立的项目小组人员包括物探人员 3 名、 地质工作人员 1 名， 其他辅助工作人员5 名， 是一支全面、 具有丰富物探工作经验的团队， 拟投入的设备见表 1。

表 1 拟投入本项目的主要仪器设备 序号 名 称 数量 状 态 1 Flash RES 64 多通道超高密度电法仪 1 套 良好 2 笔记本电脑 3 台 良好 3 数码照像机 1 台 良好 4 地质罗盘仪 1 个 良好 5 其他辅助工具（手持 GPS、 测绳等） 1 套 良好超高密度电法采空区勘探技术方案 周绪鸿 +8613907860723 7 测线布置、 工作量及经费预算 针对采空区（包括硐室、 巷道等） 具有隐伏性强、 空间分布特征规律性差的特点，本次测量采用 64 个电极， 横剖面电极距为 4m， 纵剖面电极距为 3m， 有效勘探深度大于36m， 结合场地面积 180m*80m， 先按 16m*16m 网格布置测线（排列）， 如图 4 所示， 当探测时发现采空区时以达到查明采空区规模位置以及能达到目 的的前提下尽量少做工作量为原则加密测线（排列） 以及采用较小电极距采集数据， 共需要布置 18～24 条测线（排列）， 共 6768～9024 个有效数据点， 见表 2。 图 4 超高密度电法工作测线平面布置图 表 2 经费预算表 合计总价（元） 项 目 工作量 单价（元） 优惠前 优惠后 （超） 高密度电法 6768 个有效数据点 30 元/点 203040 101520 收费依据： 2002 年国家发展计划委员会建设部颁发的《工程勘察设计收费标准》 （修订本） ， 本次工作不收取 22%的技术工作费， 有效数据点个数按高密度电法收费计算公式计算， 优惠后按标准的 5 折收费， 此费用不含钻探费用。 5