高密度直流电法仪隧道勘察应用案例分析

2019-05-12 09:54

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高密度电法是一种经济、高效、精确的物探方法，在解决含水性地质病害问题时具有明显的优越性。岩联小编在本文依据工区地质概况，将高密度电法应用于某隧道的勘查工作中，结合测区的地质资料和地球物理特征，推断隧道所经区域内含水病害的分布情况及覆盖层的厚度，并通过钻孔验证了推断成果，为后期隧道工程建设提供了地球物理勘探资料。

高密度电法的电极布设是一次性完成的，不仅减少了因电极设置而引起的故障和干扰，而且可以完成纵向和横向的二维勘探，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纵向的电性变化情况，具备电剖面法和电测深法两种方法的综合探测能力。

电极布设完成后，能够有效地进行多种电极排列方式的扫描测量，获取比较丰富的关于地电断面结构特征的地质信息，在电性不均匀体的探测中具有良好的地质效果。

1高密度电法仪应用实例

1.1 工区地质概况及地球物理特征

隧址区主要发育北祁连加里东褶皱带沉积碎屑岩，以河湖相沉积为主，在白垩系局部滨海相沉积，发育灰岩、泥灰岩。经工程地质测绘及钻探揭露，隧址区地层主要为第四系全新统冲洪积层、第四系上更新统风积马兰组黄土和下第三系始新统清水营组泥岩、砂质泥岩。

工区覆盖层主要是以粉质粘土、黄土为主的第四系冲积和洪积物，土质较疏松，地表条件较好，电阻率一般在几十至数百Ω▪m。下伏地层主要为下第三系始新统清水营组地层，岩性主要为泥岩和砂质泥岩，泥岩的电阻率较覆盖层偏低，通常在几十至数百Ω・m。

工区内广泛分布的泥岩，尤其是全风化或中风化的泥岩，其孔隙较大、吸水能力较强，很可能成为地下水渗透的主要通道，含水后电阻率为几至几十Ω・m，呈低阻反映，说明在工区开展高密度电法勘查工作具备了良好的地球物理条件。

1.2 测线布置

本次高密度电法勘探采用的高密度直流电法仪YL-EDT。由于高密度电法有多种测量装置，所以在本次勘查前，先在工区内分别采用α，β，γ三种装置进行实验，对比发现，α装置（温纳装置）的反演结果电性界线明显，地质信息丰富，分层效果好，故决定采用α装置，电极距为5m，一共布置了4条平行于隧道的测线，其中1、2号测线采用120根电极，3、4号测线由于受地形限制，采用50根电极，测线布置图如图1所示，实线代表4条测线的大致位置。

1.3 数据处理

高密度电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，最后得到视电阻成像色谱图。数据处理工作主要是剔除一些由接地不好电极影响的坏数据和采集系统自带的随机高斯干扰数据，带上高程文件，形成反演数据。采用最佳拟合法，给定一个初始地电断面，在初始断面上计算视电阻率的理论曲线，将理论曲线与实测曲线作对比（拟合），通过修改参数获得最佳拟合效果，即高密度电法反演成像色谱图。

此外，视距乘常数的误差高密度电法勘探资料处理，视距尺分划的误差，竖直角观测的误差以及风力使尺子抖动引起的误差等，都将影响视距测量的精度。被测附加制动器线圈的导通使得被测附加制动器进行工作，被测附加制动器吸合，由于被测附加制动器的吸合动作控制限位开关的闭合，限位开关每闭合一次，第二计数器就对限位开关的闭合次数进行计数，即对被测附加制动器的吸合次数进行了计数。n = 512*512的情况下，误差在0.1以内，在我的应用情况下是可以接受的，更高的数据意味着更多的迭代次数，会进一步降低数据精度，目前还没有解决误差问题。

1.4 成果解释

图2是ZK23+610～ZK24+850段反演断面图，图3是ZK23+610～ZK24+850段地质解译图，从高密度电法反演断面图可以看出隧道所经地层岩性较为复杂，电性分界面明显，电阻率变化较大，结合工区地质资料，推断如下：

在桥式电路中，为了减小热电阻阻值随温度变化对支路电流的影响并限制流过热电阻的电流，组成电桥的两个支路的上电阻通常取热电阻阻值的几十倍，其值达到 10-50k（和桥路供电电压有关） ，下电阻一般和热电阻某温度下阻值相同。瓦列里的地上，满是一块块大大小小的褐红色的石块，不过，更多的，却是那些风化的砂砾，那些的石块，属于那种最没有用处的石块，那些的石块，和一般的石块相比，硬度又非常的有限，一旦什么硬物磕上去，石块就碎了，说软吧，轻易的，似乎右弄不碎它，整个的瓦列里，坑坑洼洼，非常的不平整。某牌号以七各物测指标中，烟支吸阻平均值一吸阻超标支数、烟支圆周平均值一吸阻平均值、烟支含沫率～吸阻平均值的相关系数r均大于r(1，88)，说明烟支吸阻平均值——吸阻超标支数、烟支圆周平均值——吸阻平均值、烟支含沫率——吸阻平均值的回归方程线性显著，烟支圆周平均值、烟支含沫率会对炯支吸阻平均值产生显著影响，烟支圆周平均值对烟支吸阻平均值呈负相关性，烟支含沫率会对烟支吸阻平均值呈正相关，烟支吸阻平均值——吸阻超标支数呈正相关。

覆盖层下方约30m范围内有一电阻率值介于70～150 Ω・m的岩层，推测此层为全风化泥岩。ZK23+770～ZK23+845测线段下方有一低阻异常区（异常I），电阻率值介于3～15 Ω・m之间，推测泥岩含水所致；ZK23+930～ZK24+000测线段同样存在一低阻异常（异常II），电阻率值介于1～15 Ω・m之间，结合地质资料推测为破碎泥岩，含水可能性较大。

ZK24+030～ZK24+500测线段，第一层覆盖层电阻率值介于150～380 Ω・m之间，厚度从4～15m不等。第二层为砾岩层，主要由全风化砾岩层和强风化砾岩组成，电阻率值在200～1000 Ω・m之间，砾岩层厚度为10～40m。第三层岩性主要为强风化泥岩，电阻率值介于15～70 Ω・m之间。ZK24+210～ZK24+400测线段有一低阻层（异常III），电阻率在8～150 Ω・m，此处为泥岩和砾岩的岩性接触带，推测接触带岩体破碎、裂隙较发育。

ZK24+500～ZK24+850测线段，此段经过一山沟（ZK24+570处），沟宽约45m，沟深约20m。覆盖层电阻率为80～260 Ω・m，厚度约为6～15m。由图2可见，沟下方电阻率介于166～900Ω・m，岩性主要为强风化、全风化砾岩。

2 结论

本次勘察利用高密度电法基本查明了工区岩性变化、覆盖层厚度以及含水病害的分布情况，能够直观、形象地反映断面电性异常体的形态、产状等。充分利用工区地质资料，分析推测出病害区的位置，达到了预期的目的，为后期的隧道施工提供了可靠的地球物理资料。实践证明，高密度电法具有效率高、精度高、数据信息丰富等优点高密度电法勘探资料处理，在探测富水性地质病害方面，应用效果好，具有明显的优势。

高密度电法是一种间接的物探手段，仅是对地下电性的一个综合反映，其反演具有多解性，所以该法并不能对异常体的具体位置、涌水量等进行定量的分析解释。在实际应用中，需结合多种物探方法，对成果进行比较和补充，必能使物探资料更加完整、可靠。

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