禹 峰， 藍天鵬， 楊 鋒

(中國能源建設集團 安徽省電力設計院有限公司，安徽 合肥 230001)

網(wǎng)絡并行電法在電力工程巖溶勘察中的應用

禹 峰， 藍天鵬， 楊 鋒

(中國能源建設集團 安徽省電力設計院有限公司，安徽 合肥 230001)

網(wǎng)絡并行電法作為一種新型地球物理勘探手段，相對于傳統(tǒng)的電法勘探有著明顯的技術優(yōu)勢。簡要介紹了網(wǎng)絡并行電法的基本原理，結合工程實例具體說明網(wǎng)絡并行電法的應用實踐，旨在為電力工程中的巖溶勘察工作提供一些有益的經(jīng)驗與參考。

電力工程；巖溶；網(wǎng)絡并行電法；工程勘察

0 引 言

許多電力工程位于巖溶發(fā)育地區(qū)，能否準確判別巖溶發(fā)育的規(guī)模及性質對工程建設的安全性和經(jīng)濟性影響巨大。在巖溶勘察工作中，物探方法得到廣泛應用。

網(wǎng)絡并行電法是在高密度電法[1-2]的基礎上發(fā)展而來的一種并行電位數(shù)據(jù)采集方法，其不但能完成傳統(tǒng)電法的各種測量方式，還可以在短時間內采集海量數(shù)據(jù)，具有勘探效率高、解譯效果好等優(yōu)點[3-4]。

1 網(wǎng)絡并行電法基本原理

網(wǎng)絡并行電法是以分布式并行智能電極電位差信號采集方法為技術核心支撐的直流電法，每次供電可同時獲得多個測點數(shù)據(jù)，是一種全電場觀測技術[5-6]。

基于網(wǎng)絡并行電法技術開發(fā)的網(wǎng)絡并行電法勘探系統(tǒng)由PC機、測量主機、電極陣列和電纜系統(tǒng)組成。一般采用集中式64道電極的設置。網(wǎng)絡并行電法系統(tǒng)除供電電極外每一個電極都能自動采樣[7]。各電極通過網(wǎng)絡協(xié)議與主機保持實時聯(lián)系，在接受供電狀態(tài)命令時電極采樣部分斷開，讓電極處于供電狀態(tài)(即供電電極A或B)，否則一直處在電源采樣狀態(tài)(即測量電極M)，并通過通訊線實時地將測量數(shù)據(jù)送回主機[8]。

通過供電與測量的時序關系對自然場、一次場、二次場電壓數(shù)據(jù)及電流數(shù)據(jù)自動采樣，采樣過程沒有空閑電極出現(xiàn)。所采集的數(shù)據(jù)可進行自然電位、視電阻率和激發(fā)極化參數(shù)等數(shù)據(jù)處理[9-10]。

2 應用實例

2.1 工程概況及場地特征

某新建110 kV風電場升壓站工程站址(圖1)地表有基巖出露，巖性為寒武系灰?guī)r，顏色為灰黑色、青灰色、局部灰白色，薄層狀，層面多陡傾，產狀為305°～328°∠50°～85°，局部露頭為橢球狀，有溶蝕的跡象。

圖1 站址區(qū)巖溶地貌圖

2.2 工作方法及工作布置

根據(jù)現(xiàn)場情況，完成并行電法2站探測工作，每站布置64個電極，極距2.5 m，無窮遠電極B距測區(qū)300 m以上。

勘探線(點)布置如圖2所示。

圖2 站址區(qū)物探工作布置圖

2.3 數(shù)據(jù)成果解譯

根據(jù)測區(qū)實際情況，設立坐標系如圖3所示。采用“WBD2型”并行電法處理系統(tǒng)對采集數(shù)據(jù)進行分析解譯，并借助EarthImager3D及Surfer8軟件進行反演、成圖，得到變電站基地區(qū)域地表以下10 m內地層物探成果水平切片圖。

圖3 工作區(qū)物探成果三維立體透視圖

結合物探成果三維透視圖，可以看出變電站基地范圍存在三個疑似相對低阻異常，分別為DZ1、DZ2、DZ3，結合現(xiàn)場及已知地質資料，對相對低阻區(qū)推斷解釋如下，其平面異常對應關系如圖4所示。

DZ1：位于X=4～30 m、Y=0～20 m區(qū)域，異常阻值小于230 Ω·m，與圍巖電阻率有明顯差異，豎直方向發(fā)育深度超過6 m，最大達10 m；結合以往勘察經(jīng)驗故推斷DZ1異?？赡転槿芏?，內部充填粘性土等低阻體。

DZ2：位于X=56～72 m、Y=0～14 m區(qū)域，異常阻值小于230 Ω·m，與圍巖電阻率有明顯差異，豎直方向發(fā)育深度超過6 m，推斷可能為溶洞發(fā)育，含低阻填充。

DZ3：位于X=80～88 m、Y=0～8 m區(qū)域，異常阻值在230 Ω·m以下，低于圍巖電阻率值，豎直發(fā)育深度6 m以上，推斷可能為溶洞。

圖4 工作區(qū)物探解譯結果平面對應圖

2.4 物探結果驗證

物探結果驗證原則與方法：根據(jù)物探測試成果，對發(fā)現(xiàn)的3處疑似巖溶發(fā)育區(qū)域進行鉆探驗證，鉆孔驗證結果如表1所列。

表1 鉆孔揭露巖溶情況一覽表

根據(jù)鉆探情況，并結合物探測試成果，工程場地內巖溶發(fā)育規(guī)律如下：

(1) 站址區(qū)巖溶現(xiàn)象主要發(fā)育在站址西側區(qū)域，由于地層層面多為陡傾狀，巖溶發(fā)育以溶溝、溶槽和石芽為主。

(2) 物探成果中提出的可疑區(qū)域DZ1范圍內存在巖溶發(fā)育現(xiàn)象，地表可見洼地、溶溝及溶槽，溶溝內充填粘性土，鉆孔中發(fā)現(xiàn)地表下巖溶豎向發(fā)展深度可達1.1～1.6 m。同時，該區(qū)域為灰?guī)r與閃長玢巖接觸地帶，由于侵入巖阻水性較好，水流將順接觸帶延伸方向流動，從而造成該地帶圍巖溶蝕發(fā)育較強烈。

(3) 物探成果中提出的可疑區(qū)域DZ2和DZ3范圍內上部巖體非常破碎，巖溶裂隙較發(fā)育，裂隙中充填粘性土，巖體以強風化為主。根據(jù)地質調查結果，該區(qū)域內巖體受構造運動影響，存在褶曲現(xiàn)象，節(jié)理裂隙相對發(fā)育，巖體相對破碎，因此巖溶現(xiàn)象發(fā)育強烈。

后期本站址在施工過程中，果然在DZ1區(qū)域揭露出規(guī)模與解譯結果推斷近似的小型溶洞及填充物，并在DZ2、DZ3區(qū)域發(fā)現(xiàn)了巖溶破碎帶，該結果進一步驗證了網(wǎng)絡并行電法的解譯成果。站址施工開挖揭露的溶洞照片，如圖5所示。

圖5 站址施工開挖揭露的溶洞照片

3 結 論

(1) 網(wǎng)絡并行電法是一種并行電位數(shù)據(jù)采集方法，可以在短時間能采集海量數(shù)據(jù)，具有勘探效率高、解譯效果好等優(yōu)點。

(2) 作為一種新型的電法勘探數(shù)據(jù)采集分析方法，應該在以后的工作中進一步推廣并積累經(jīng)驗，使之成為電力巖溶勘察工作中的一個有力手段。

[1] 吳超凡，邱占林，楊勝倫，等.網(wǎng)絡并行電法與傳統(tǒng)電法超前探測效果對比[J].物探與化探，2015，39(1)：141～145.

[2] 徐興松，高文龍.高密度電法工程地質勘察應用實例探析[J].電力勘測設計，2012,2(1)：21～24.

[3] 胡水根，劉盛東.電法勘探中并行數(shù)據(jù)采集與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集效率的比較研究[J].地球物理進展，2010,25(2):612～617.

[4] 劉盛東，吳榮新，胡水根等.網(wǎng)絡分布式并行電法勘探系統(tǒng)[A].中國地球物理22屆年會論文集[C].成都：四川科學技術出版社，2006.251.

[5] 劉盛東，張平松.分布式并行智能電極電位差信號采集方法[P].中國發(fā)明專利：zl200410014020.0,2004.6.18.

[6] 吳榮新，張平松，劉盛東.雙巷網(wǎng)絡并行電法探測工作面內薄煤區(qū)范圍[J].巖石力學與工程學報，2009，9(1)：111～115.

[7] Istiansen A V,Auken E.Optimizing a layered and laterally constrained 2D inversion of resistivity data using Broyden's update and 1D derivatives[M].Journal of Applied Physics,2004.

[8] Loke M H,Dahlin T.A comparison of the Gauss-Newton and quasi-Newton methods in resistivity imaging inversion[M].Journal of Applied Geophysics，2002.

[9] Olayinka A L,Yaramanci U.Use of block inversion in the 2-Dinterpretation of apparent resistivity data and its comparisonwith smooth inversion[M].Journal of Applied Geophysics，2000.

[10] Mauriello P,Patella D.Resistivity anomaly imaging by probability tomography[M].Geophysical Prospecting,1999.

2016-07-13；修改日期：2016-07-25

禹 峰(1972-)，男，安徽和縣人，中國能源建設集團安徽省電力設計院有限公司高級工程師．

P631.3

A

1673-5781(2016)04-0457-03