崔 毅

(陜西省水利電力勘測設(shè)計(jì)研究院地質(zhì)勘察分院,陜西咸陽 712000)

高密度溫納剖面法在探查溶洞中的應(yīng)用

崔 毅

(陜西省水利電力勘測設(shè)計(jì)研究院地質(zhì)勘察分院,陜西咸陽 712000)

灰?guī)r是一種較為特別的巖體,區(qū)內(nèi)溶蝕現(xiàn)象較為普遍。溶蝕現(xiàn)象會(huì)產(chǎn)生較多的溶蝕帶、溶洞等不良地質(zhì)現(xiàn)象,會(huì)嚴(yán)重地影響工程質(zhì)量與施工進(jìn)度。根據(jù)高密度溫納剖面法的原理與野外工作方法,通過應(yīng)用實(shí)例分析高密度溫納剖面法在巖溶區(qū)中勘察的應(yīng)用。

高密度電法;溫納剖面;溶洞

0 前言

灰?guī)r是一種較為特別的巖體,區(qū)內(nèi)溶蝕現(xiàn)象較為普遍。溶蝕現(xiàn)象不僅會(huì)導(dǎo)致基巖面起伏很大,還會(huì)產(chǎn)生較多的溶蝕帶、溶洞等不良地質(zhì)現(xiàn)象,會(huì)嚴(yán)重地影響到工程質(zhì)量與施工進(jìn)度。因此,灰?guī)r地區(qū)的工程地質(zhì)勘察不僅要探明基巖的起伏,還必須查明區(qū)內(nèi)的溶蝕帶、溶洞等不良地質(zhì)現(xiàn)象。由于這些不良地質(zhì)情況出現(xiàn)的隨機(jī)性較大,僅用鉆探難以達(dá)到理想效果,必須借助于工程物探手段。

1 高密度溫納剖面法

高密度溫納剖面法是一種陣列式電阻率測量方式,集電剖面和電測深于一體,采用高密度布點(diǎn),進(jìn)行二維地電斷面測量,提供的數(shù)據(jù)量大、信息多,并且觀測精度高、速度快,近年來應(yīng)用越來越廣泛,尤其在灰?guī)r地區(qū)尋找土洞、溶洞及構(gòu)造破碎帶也相當(dāng)有效。

高密度溫納剖面法勘探的前提條件是地下介質(zhì)間的導(dǎo)電性差異,通過 A、B電極向地下供電(電流為 I),然后測量M、N極電位差△U,從而求得該記錄點(diǎn)的視電阻率值 ρs=K*△U/I。根據(jù)實(shí)測的視電阻率剖面進(jìn)行計(jì)算、處理、分析,便可獲得地層中的電阻率分布情況,從而解決相應(yīng)的工程地質(zhì)問題。

2 高密度電法在探查溶洞中的應(yīng)用

高密度溫納剖面法的野外數(shù)據(jù)采集是通過陣列電極裝置形式來實(shí)現(xiàn)的。電極排列的長度和電極間距的大小直接影響采集數(shù)據(jù)剖面對洞室的反映能力。電極間距越小對目標(biāo)體的探測精度越高,但是如果電極數(shù)固定不變,隨著電極間距的減小,排列長度也相應(yīng)減小,從而減小了剖面的探測深度,也影響了對埋深較大的空洞的探測能力。因此野外作業(yè)時(shí),要先收集相關(guān)資料,對空洞的尺寸大小和分布深度有大致了解,先做試驗(yàn),然后設(shè)計(jì)合理的數(shù)據(jù)采集排列使探測目標(biāo)體落在排列探測區(qū)域的有效范圍內(nèi),一般探查深度約為探查目標(biāo)體深度的 2倍,最小電極間距一般應(yīng)為探查深度的1/10～ 1/15。

3 工程實(shí)例

在某水庫庫區(qū)存在巖溶現(xiàn)象,對水庫蓄水極為不利。受建設(shè)方委托,我院應(yīng)用高密度電法對該區(qū)進(jìn)行高密度電法勘察。目的是查明地下溶洞及其位置,推測溶洞埋深和規(guī)模,為設(shè)計(jì)施工提供詳細(xì)的工程物探勘察資料。

3.1 概況

場區(qū)地處丘陵地帶、地面起伏相對不大,基巖主要以灰?guī)r為主,地表存在薄層碎石土。

根據(jù)理論研究與野外試驗(yàn)結(jié)果,本次野外工作采用 60個(gè)多種電極組合的溫納裝置進(jìn)行測量,點(diǎn)距 1～5 m,排列長度60～295 m。野外測量數(shù)據(jù)現(xiàn)場傳輸?shù)接?jì)算機(jī)進(jìn)行初步處理,作出初步的推斷解釋,對異常點(diǎn)及突變點(diǎn)進(jìn)行重復(fù)檢查,以確保數(shù)據(jù)真實(shí)可靠。

測線大致垂直溶洞走向布置。在發(fā)現(xiàn)的巖溶異常地段布置適當(dāng)鉆探孔進(jìn)行驗(yàn)證。

3.2 資料處理

高密度溫納剖面法資料處理流程首先將存儲(chǔ)在儀器內(nèi)的測量數(shù)據(jù)通過傳輸軟件傳輸?shù)接?jì)算機(jī),進(jìn)行壞點(diǎn)刪除、地形校正及格式轉(zhuǎn)換等預(yù)處理,然后將進(jìn)行濾波、反演擬合等處理后得溫納剖面圖,根據(jù)電阻率變化異常特征結(jié)合鉆探和地質(zhì)調(diào)查資料作出地質(zhì)解釋。

3.3 典型溫納剖面圖及解譯

本次高密度電法探查典型溫納剖面圖,如圖 1、2、3所示。圖 1為無溶洞時(shí)高密度電法溫納剖面圖,圖 2、3為有溶洞時(shí)高密度電法溫納剖面圖。

圖1

圖2

圖3

圖1中電阻率分布相對均勻,無明顯異常,其左端表層存在低阻區(qū),經(jīng)結(jié)合探槽、探坑資料,其為砂壤土層,在圖 2中,169m處存在一低阻異常,異常區(qū)高度 7 m,中心點(diǎn)埋深約9 m,經(jīng)鉆探驗(yàn)證,其為高 1 m的溶洞,洞內(nèi)充滿水;在圖 3中15m處存在一低阻異常區(qū),異常區(qū)高度 4.5m,中心點(diǎn)埋深約 4m,鉆探揭示,其為一高約 1.5m的溶洞,洞內(nèi)填充有黃色泥土,在 36m處存在一傾向左端的高阻界面,經(jīng)探槽揭示,其為巖層接觸面。

通過對高密度溫納剖面法測量數(shù)據(jù)資料進(jìn)行分析、處理,結(jié)合鉆探資料、現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查,本次探查發(fā)現(xiàn)較大規(guī)模的巖溶發(fā)育多處,效果明顯,為地質(zhì)勘察提供了有力的證據(jù)。

4 結(jié)論

高密度溫納剖面法作為一種快速有效的工程物探方法在各種工程勘察已多次應(yīng)運(yùn)。本次工程實(shí)例,通過坑探、槽探、鉆探驗(yàn)證,證明高密度溫納剖面法在對探查溶洞是行之有效的。

(1)只要參數(shù)設(shè)置恰當(dāng),高密度電法在巖溶勘察中能準(zhǔn)確查明地下溶洞及其位置,推測溶洞埋深和規(guī)模。

(2)高密度溫納剖面圖中的電阻率異常范圍往往相對實(shí)際異常體要大,在處理解釋過程中要特別慎重。盡量要進(jìn)行實(shí)際地質(zhì)調(diào)查和收集坑探、槽探、鉆探資料,綜合分析解釋,以提高物探成果的精度和可信度。

總之,只要野外工作參數(shù)設(shè)置恰當(dāng),高密度電法在巖溶地區(qū)勘察中是能夠發(fā)揮其應(yīng)有的作用。

[1]董浩斌等,高密度電法的發(fā)展與應(yīng)用,地學(xué)前緣,第 10卷第 1期,2003.3

[2]劉曉東等,高密度電法在宜春市巖溶地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用,中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào),第 13卷第 1期,2002.3

[3]葛如冰等,高密度電阻率法在灰?guī)r地區(qū)的應(yīng)用研究,物探與化探,1999年第 1期

P624

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1004-1184(2011)01-0110-02

2010-09-21

崔毅(1973-),男,陜西長安人,工程師,主要從事水電物探勘探工作。