高密度电法在地质灾害勘查中的应用分析
时间：2022-12-10 17:55:03 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
孙旭 李永 陈开银
（贵州省地质矿产勘查开发局111地质大队,贵州贵阳 550008）
高密度电法是当前研究浅层地质结构的有效方法之一，对于地下结构的探查全面且准确，被应用于地质灾害调查及工程勘察中。该技术具有点距小、数据采集密度大等特征，在浅层煤矿采空区探测、岩溶区勘查和地质灾害评价等方面应用效果良好，可为灾害防治及工程建设提供有效的物探资料。
高密度电法实际上是一种阵列勘探方法，是多种排列的常规电阻率法与资料自动反演处理相结合的综合方法，它的基本原理与常规电阻率法相同，仍是以岩土体的电性差异为基础的一种电探方法，根据在施加电场作用下地层传导电流的分布规律，推断地下具有不同电阻率的地质体的赋存情况。高密度电阻率法的原理是地下介质间的导电性差异，和常规电阻率法一样它通过A、B 电极向地下供电流I，然后在M、N 极间测量电位差ΔV，从而可求得该点（M、N之间）的视电阻率值（图1），根据实测的视电阻率剖面进行计算、分析，便可获得地层中的电阻率分布情况，从而可以划分地层，确定异常地层等。
图1 高密度电阻率法原理示意图
在实际工作中，通过公式可以求得测点x处的视电阻率值。其中K为装置系数，满足下列关系式：
相对于常规电阻率法，高密度电法具有以下特点：（1）电极布设是一次完成的，这不仅减少了因电极设置而引起的故障和干扰，而且为野外数据的快速和自动测量奠定了基础。（2）能有效地进行多种电极排列方式的扫描测量，因而可以获得较丰富的关于地电断面结构特征的地质信息。（3）野外数据采集实现了自动化或半自动化，不仅采集速度快（大约每一测点需2～5s），而且避免了由于手工操作所出现的错误。（4）可以对资料进行预处理并显示剖面曲线形态，脱机处理后还可以自动绘制和打印各种成果图件。（5）与传统的电阻率法相比，成本低、效率高，信息丰富，解释方便，勘探能力显著提高。
3.1 仪器及装置类型
本次物探工作所使用的仪器设备为高密度电法仪是重庆奔腾数控技术研究所生产的WDJD3 型多功能数字直流电测仪，仪器系统主要由数字采集仪、多路电极转换开关、电缆线及铜电极组成。
采用的装置为对称四极温纳装置方式（WN），其跑极方式为:A、M、N、B（其中A、B 是供电电极，M、N是测量电极），AM=MN=NB 为一个电极间距，随着间隔系数n 由n（MIN）逐渐增大到n（MAX），四个电极之间的间距也均匀拉开，测量深度由浅至深逐步加大（见图2）。该装置用于固定端面扫描测量，特点是测量断面为倒梯形。
图2 温纳测深装置剖面布极方式
3.2 测线布置及工作方法
根据地质灾害的勘查要求以及区域地质情况合理确定测线数量和位置，需注意的是，相邻测线间的距离应控制在40～60m范围内。
3.3 工作成果解译推断
先使用计算机对数据进行汇总整理，按照规定的数据格式进行转换，再经过反演处理模块剔除其中的畸变点，并对地形进行校正，后开展反演计算，得到地下视电阻率剖面图。数据采集和处理流程如图3所示。
图3 高密度电法数据采集、处理流程
勘查区位于习水县西南面，属于习水县马临镇。由测区内各类地质体的物理特征可知，覆盖层、崩塌堆积体、完整基岩之间有ρs 值差异，即：目标体与基岩存在着明显的、并可以量化和识别的电性差异，满足高密度电测深法开展的前提条件。
4.1 地质概况
习水县城以北地质构造发育简单，主要以单斜构造为主；
习水县城以南，以华夏式构造体系为主，由一系列宽缓长轴褶皱群和压性、压扭性断裂组成，走向呈北东45～50°的方位斜贯全区，以张开的长轴状对称—不对称的褶皱为其主要特征，常具明显的雁列分级特征，背斜多箱形，向斜常呈圆底，断裂多发育在背斜轴部附近，并常受先期构造体系牵制。
4.2 地球物理特征
（1）粘土层与崩塌堆积体：粘土层多表现为低阻特性，其ρ 值一般在70～100Ω·M 左右，变化较为稳定，而崩塌堆积体含水、含泥及岩块不均匀，加之其孔隙率变化较大，因此，无论是横向上还是纵向上其ρ 值变化较大，其ρ 值可在10～1000Ω·M 之间剧烈变化。
（2）完整基岩：测区内基岩层主要以灰岩和砂岩为主，属中硬质类岩，浅部强风化层及中风化层ρ 值一般在1000Ω·M 以下，往深部基岩较完整，ρ 值一般在1000Ω·M 以上；
完整基岩综合层电性背景值较为稳定，随AB/2增加，ρ值逐渐升高。
（3）崩塌体及岩石松动圈内裂隙发育带及岩体破碎带：当裂隙及破碎带中无粘土或水充填时，表现为较高的ρ 值，ρ 值可达200～400Ω·M；
当有水或粘土充填时，表现为较低的ρ 值，与完整围岩相比，ρ 值可低于50Ω·M以下。
4.3 勘查方法
4.3.1 测线布设
本次物探工作根据现场地形地貌及地质情况选择了高密度电法中的α 装置和γ 装置作为主要测量装置，γ 装置作为α 装置的对比方法，更好的提高测量的精准性，点距为5m进行实地测量。
4.3.2 现场工作方法
该项目应用高密度电法进行勘查的主要目的是揭示出崩塌堆积体的分布范围及大致埋深，同时查明该区岩溶裂隙发育带的位置埋深状况。技术参数为：电极距5m，采用290V 电压供电，设置供电时间300ms，采用α 装置和γ 装置两种方法测量。在本次测区范围内，根据地面调查成果指导，结合场地地形、地物条件，共布设物探测线1 条，测线布设采用GPS定点，地质罗盘定向。
4.4 数据处理与资料解释
4.4.1 资料分析
实测断面ρs 值多在50～5000Ω·M 之间，视电阻率值总体较低。从二维反演断面等值线图可知，上部岩体较为破碎，下伏基岩较完整，表现为高低阻互层，结合地质资料分析，高阻体为P2q+m 的灰岩，低阻体主要为P3l+ch 粘土岩、粉砂岩、砂岩互层，其覆盖层为砂石土混合物，其中凸显的高阻圈闭为大的块石，厚度在2～9m之间。
在测线190～205m（Y1-1 异常点及附近）段，存在一明显团块状低阻异常，ρs异常值在50Ω·M以内，表明该段在35m 以下，岩体结构不连续、较破碎，结合岩层走向及煤矿开采分析，推断该低阻异常为采空区及冒落带，且有泥质或水的填充，异常带引起下伏岩体不连续、较破碎，上部岩体失稳、松动，从而引发上部岩体崩塌脱落。
4.4.2 结果分析
在物探探测的深度范围内，存在一个低阻异常发育带，该异常带为采空区及冒落带，其发育深度在35m 以下，发育宽度在8～15m 左右；
由于该异常带的存在，引起下伏岩体不连续、较破碎，上部岩体失稳、松动，从而引发上部岩体崩塌脱落，威胁到当地老百姓的生命财产安全。该测线第四系覆盖层厚度在8～15m之间，崩塌堆积体厚度在1～4m。
综上所述，高密度电法在地质灾害勘查中应用效果良好。在本文所述案例中，高密度电法可以准确查明崩塌体构造的空间形态特征，明确了现场岩层厚度及分布情况，通过对物探异常点的分析解译，从而得出引发马岭崩塌发生的原因，为崩塌体的防治提供科学的地质资料，应用效果理想。
猜你喜欢 电法测线高密度 高密度养殖南美白对虾或者更容易成功当代水产(2022年3期)2022-04-26堤防工程质量评价方法及应用研究珠江水运(2022年5期)2022-04-08高密度大学校园规划指标与形态研究建材发展导向(2021年20期)2021-11-20地震勘探野外工作方法锦绣·中旬刊(2021年9期)2021-08-31高密度存储服务器可靠性设计与实现①科学家(2021年24期)2021-04-25高密度存储服务器可靠性设计与实现科学家(2021年24期)2021-04-25八一煤矿采空区测线断面成果图分析评价科技风(2018年26期)2018-05-14电法透视技术实践应用智富时代(2018年12期)2018-01-12电法透视技术实践应用智富时代(2018年12期)2018-01-12瞬变电磁法物探技术在吉安煤业的应用中小企业管理与科技·中旬刊(2014年4期)2014-06-30
