何國全

(河北省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院,天津 300250)

電測深法在土壤腐蝕性探測中的應(yīng)用

何國全

(河北省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院,天津 300250)

評(píng)價(jià)區(qū)位于保定市南水北調(diào)配套工程水廠以上輸水管道工程第四設(shè)計(jì)單元,為評(píng)價(jià)其土壤對(duì)鋼質(zhì)結(jié)構(gòu)或鋼質(zhì)管道的腐蝕性,利用電測深法進(jìn)行探測,并利用所得數(shù)據(jù)按相關(guān)規(guī)程對(duì)測區(qū)內(nèi)的土壤腐蝕性進(jìn)行分級(jí)并評(píng)價(jià),為鋼質(zhì)材料的防護(hù)提供相應(yīng)參數(shù)。

電測深法;土壤(視)電阻率值;土壤腐蝕性

南水北調(diào)工程是一項(xiàng)宏偉的跨流域調(diào)水工程,中線總干渠配套工程水廠以上輸水管道工程是其體系的重要組成部分,承擔(dān)著連接中線總干渠和受水區(qū)地表水廠的紐帶作用。保定市南水北調(diào)配套工程水廠以上輸水管道工程第四設(shè)計(jì)單元主要涉及易縣、涿州市等5個(gè)縣(市)7條輸水線路,線路全長51.49 km,全部為管道輸水。根據(jù)任務(wù)要求,利用對(duì)稱四極電測深法對(duì)地下10 m內(nèi)的土層進(jìn)行腐蝕性劃分。

1 地質(zhì)概況與地球物理特征

本區(qū)位于多個(gè)大小不等的山前沖洪積扇構(gòu)成的傾斜平原區(qū),總體地勢西高東低,根據(jù)地表形態(tài)及成因類型可劃分成二種地貌單元:一是山前沖洪積傾斜平原區(qū),主要由拒馬河、易水河沖洪積扇組成,自西北向東南傾斜,西部山前地面標(biāo)高一般50～80 m,坡降1‰～5‰;二是沖積、洪積交錯(cuò)沉積微傾斜平原區(qū),主要分布于京廣鐵路以東區(qū)域,地勢平緩,地面標(biāo)高20～30 m,坡降<1‰。

測區(qū)由西向東大致劃分為丘陵山區(qū)、沖洪積扇裙、沖洪積平原區(qū),即保定平原區(qū)。保定平原區(qū)第四系地層主要包括上更新統(tǒng)地層及全新統(tǒng)地層。

沖洪積地層主要分布于易縣、淶水山前地帶和河谷兩岸二級(jí)階地上。以棕黃色壤土、黃土狀壤土為主,局部可見層理,夾砂礫石薄層或透鏡體。自西向東粒徑逐漸變小,單層由厚變薄,部分為沖積、洪積壤土、粘土、砂土。一般分為三層:表層呈褐黃、黃褐色,結(jié)構(gòu)疏松,顆粒均勻;中部呈灰黃色,與表層呈漸變關(guān)系;下部為棕黃色,局部區(qū)域分布砂土。

本測區(qū)首次進(jìn)行地球物理勘探工作,根據(jù)本次野外孔旁測深工作的成果,得出各地層物性參數(shù)存在一定電性差異,具備開展對(duì)稱四極電測深法工作的地球物理前提條件。本次勘探目的是對(duì)測區(qū)進(jìn)行土壤電化學(xué)侵蝕性(土壤電阻率)探測,即對(duì)地下10 m內(nèi)的土層進(jìn)行電阻率值測定,對(duì)土壤電化學(xué)腐蝕性進(jìn)行分級(jí)。

探測時(shí)值春初,測試位于野外空曠環(huán)境,人為干擾少,絕大多數(shù)測點(diǎn)接地條件良好,讀數(shù)穩(wěn)定可靠,并且有鉆孔資料可供參考。部分管道線路途經(jīng)高壓線處,電流干擾很大,以至于部分測點(diǎn)由于干擾而無法準(zhǔn)確測量;部分測點(diǎn)位于建筑物或道路上而無法進(jìn)行探測,采取了偏移測點(diǎn)位置或改變跑極方向來減少影響。

2 野外工作方法與技術(shù)

2.1 方法原理

不同的巖性層因其成分、結(jié)構(gòu)等因素的不同,其電阻率值亦不同。通過接地電極將直流電供入地下,建立穩(wěn)定的人工電場,在地表觀測某點(diǎn)垂向或某剖面的水平方向的電阻率變化,從而了解巖性層的分布或地質(zhì)構(gòu)造特點(diǎn)[1]。

對(duì)稱四極電測深外業(yè)探測示意圖見圖1。A、B為供電電極,M、N為測量電極,當(dāng)A、B供電時(shí)用儀器測出供電電流I和MN處的電位差ΔV,則巖層的電阻率按下式計(jì)算:

(1)

圖1 對(duì)稱四極電測深外業(yè)探測示意圖Fig.1 Schematic diagram of outer industry detection of symmetrical quadrupole electrical sounding

2.2 儀器設(shè)備及工作參數(shù)

此次野外工作投入使用的儀器為重慶奔騰數(shù)控技術(shù)研究所生產(chǎn)的WDDS-2型數(shù)字電阻率儀。供電電極為鋼電極,測量電極為銅電極,供電電源為45 V乙電池,最大供電電壓為180 V。

此次土壤電阻率測試探測深度為10 m左右。最小供電極距AB/2=1.0 m,最大供電極距AB/2=30 m,MN/2=0.3 m、3 m,采取非接口極距裝置,極距系列見表1。

表1 對(duì)稱四極電測深極距系列表

2.3 技術(shù)措施

為了能夠采集到精確可靠的原始數(shù)據(jù),在野外工作中還采取了以下措施:

(1) 開工前及工作中對(duì)使用的儀器、電池及電極、極距均進(jìn)行了精心檢查;

(2) 按照規(guī)程規(guī)定進(jìn)行漏電檢查及質(zhì)量檢查;

(3) 注意布極方向及距離的準(zhǔn)確性和一致性;

(4) 對(duì)發(fā)現(xiàn)的有關(guān)地質(zhì)現(xiàn)象認(rèn)真記錄,確定電性層與地質(zhì)層的對(duì)應(yīng)關(guān)系,以利定性分析和定量解釋。

3 資料的處理與解釋

3.1 數(shù)據(jù)處理

對(duì)全部原始資料進(jìn)行校核后,分析電測深曲線類型,利用野外現(xiàn)場記錄的地質(zhì)描述及已知的鉆孔資料進(jìn)行定性分析,確定對(duì)應(yīng)的地電層位。解釋軟件采用與儀器配套的電測深正反演解釋系統(tǒng)軟件,其解釋步驟為:①用野外觀測存入儀器的“.WDA”文件,轉(zhuǎn)換為WYS2008格式的“*_WYS.txt”文件;②打開軟件創(chuàng)建工區(qū)、項(xiàng)目名稱、工作方法和文件格式,從而創(chuàng)建新項(xiàng)目工程;③導(dǎo)入txt數(shù)據(jù),開始進(jìn)行電測深擬合解釋;④軟件分析中測試方法選電測深;⑤編輯數(shù)據(jù),選擇要擬合的電測深點(diǎn)號(hào),點(diǎn)擊讀取文件;⑥曲線對(duì)比,根據(jù)鉆孔資料,確定曲線擬合的層數(shù)和大概層深,進(jìn)行擬合解釋,其余按照曲線類型和地電模型進(jìn)行解釋;⑦輸出各層電阻率值和層厚度值,并存儲(chǔ)曲線擬合圖片;⑧為了保證解釋精度,對(duì)上述反演結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn),即根據(jù)反演的地電模型進(jìn)行正演計(jì)算,如果正演結(jié)果與野外數(shù)據(jù)擬合得好,則說明反演的地電模型符合客觀實(shí)際,否則,分析不吻合原因,修改地電模型,再進(jìn)行正演,直至所得模擬理論曲線與實(shí)測曲線吻合或基本吻合為止。

3.2 定性解釋

定性解釋包括確定電性層數(shù)量和各電性層電阻率相對(duì)關(guān)系,通過其確定土壤電阻率等。也就是通過對(duì)比電測深曲線類型,初步了解電性層與地層的相互對(duì)應(yīng)關(guān)系及其特點(diǎn)。

測區(qū)內(nèi)電測深曲線類型主要有H型(圖2)和Q型(圖3)等。

圖2 H型曲線及其擬合解釋圖Fig.2 H curve and fitting explain figure

圖3 Q型曲線及其擬合解釋圖Fig.3 Q curve and fitting explain figure

由于此次探測目的是測定土壤電阻率,在定性解釋已基本弄清了電測深曲線所對(duì)應(yīng)的地層巖性后,對(duì)所有電測深曲線逐條利用電測深正反演解釋系統(tǒng)軟件進(jìn)行定量解釋。

3.3 定量解釋成果

根據(jù)正反演解釋系統(tǒng)軟件進(jìn)行定量解釋結(jié)果劃分土層的電阻率,匯總每個(gè)探測點(diǎn)所得的結(jié)果數(shù)據(jù),編制了土壤電阻率測試成果表。現(xiàn)選取定興段探測成果,編制了該段的土壤電阻率測試成果表(表2)。

表2 定興段土壤電阻率測試成果表

3.4 土壤腐蝕性分級(jí)評(píng)價(jià)

根據(jù)《鋼制管道外腐蝕控制規(guī)程》(GB/T 21447—2008)土壤腐蝕性分級(jí)[2]及《巖土工程勘察規(guī)范》(GB50021—2001)(2009年版)[3]土對(duì)鋼結(jié)構(gòu)腐蝕性評(píng)價(jià)的規(guī)定,即表3的要求,對(duì)該輸水管道工程經(jīng)過地段的土壤腐蝕性進(jìn)行分級(jí)。現(xiàn)選取定興段探測結(jié)果以表3為依據(jù)對(duì)該段探測結(jié)果進(jìn)行土壤腐蝕性分級(jí),詳見表4。

4 結(jié)語

通過對(duì)稱四極電測深法探測土壤電阻率,詳細(xì)介紹了該方法的基本原理、探測技術(shù)、數(shù)據(jù)的處理及土壤電阻率對(duì)鋼質(zhì)結(jié)構(gòu)或管道的腐蝕性分級(jí)評(píng)價(jià),為保定市南水北調(diào)配套工程水廠以上輸水管道工程第四設(shè)計(jì)單元輸水線路暗埋鋼質(zhì)管道及鋼筋混凝土中的鋼筋等鋼質(zhì)材料的防護(hù)提供了相應(yīng)參數(shù),達(dá)到了預(yù)期目的,取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

表3 一般地區(qū)土壤腐蝕性分級(jí)

表4 定興段土壤腐蝕性分級(jí)

[1] 中國水利電力物探科技信息網(wǎng).工程物探手冊(cè)[M].北京:中國水利水電出版,2011.

[2] 中國石油天然氣集團(tuán)公司.鋼制管道外腐蝕控制規(guī)程:GB/T 21447—2008[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2008.

[3] 中華人民共和國建設(shè)部.巖土工程勘察規(guī)范:GB50021—2001[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2009.

(責(zé)任編輯：陳姣霞)

Application of Electrical Sounding Method in the Detection of Soil Corrosion

HE Guoquan

(HebeiResearchInstituteofInvestigation&DesignofWaterConservancy&Hydropower,Tianjin300250)

In order to evaluate the soil corrosion to steel structures or steel pipes of fourth design units in the water supply pipeline project of Baoding South to North Water Transfer Project,using electrical sounding method to carry on the detection.This paper uses the data obtained in accordance with relevant to grade and regulate soil corrosion survey area for the protection of steel material to provide the corresponding parameters.

electrical sounding method; soil (apparent) resistivity value; soil corrosion

2016-05-13;改回日期:2016-05-26

何國全(1971-),男,高級(jí)工程師,應(yīng)用地球物理專業(yè),從事水利水電工程物探應(yīng)用及工程檢測工作。E-mail:13502125518@163.com

P631.3; S153

A

1671-1211(2016)03-0292-04

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2016.03.010

數(shù)字出版網(wǎng)址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20160530.0937.016.html 數(shù)字出版日期:2016-05-30 09:37