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摘 要:随着地球物理勘探技术的日益发展,电法成为地质探测行之有效的方法。其中,高密度电阻率法具有获取信息大,测点密度高,获取信息速度快等优点,应用于地质勘探工程,取得了良好效果,在今后的同类工作中,应该逐步推广应用该勘探方法。
关键词:电阻法勘探高密度
中图分类号:P62 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)09(a)-0102-02
地球物理勘探技術是一种应用物理学理论,利用电子仪器进行各项工程,勘探石油、煤炭、天然气等矿产资源的重要地球物理学方法,近年来其应用领域又推广到地质工程和环境监测等领域。地球物理勘探技术与国家经济发展、人民生活密切相关,是地球物理学中的重要分支之一。
1 高密度电阻法的应用与发展
高密度电阻法在国内外发展及应用领域较广,诸多学者、专家进行了深入研究,主要成果如下:1994年,张献民等应用高密度电法探测煤田分布情况;刘康和采用高密度电法,发现地表断层情况;1997年,侯烈忠等运用高密度电法实测机场跑道,由监测数据分析可知,探测的异常特征在高密度电法中真实反映;1999-2001年,董浩斌、王传雷等将高密度电法应用于长江堤坝坝体,电性随长江水位变化研究中,提出了用高密度电法监测堤坝隐患发展情况;2001年,郭铁柱等使用高密度电法在水坝渗漏勘查中良好效果;吴长盛运用高密度电法确定了堤坝存在安全的隐患,并依据勘测结果提出了相关治理建议;王文州将高密度电法用于高速公路高架桥岩溶地区勘探中,效果良好;王玉清等在高层建筑选址工作中运用高密度电法,从地球物理学与环境角度对地基处理及工程选址提出了合理建议:在湘西北岩溶石山区寻找水源中杨湘生应用该法,精确定出井位;2002年,刘晓东等将高密度电法用于岩溶灾害调查,较详实的了解了基岩岩溶发育情况。
高密度电阻率法在国外广泛应用于堤坝隐患监测、海底、湖底等的电阻率分布状况、隧道开挖方案可行性、污染物侵蚀分布、地下水位探测等方面。
2 高密度电阻法的工作原理
高密度电阻率法根据现场环境地质调查及水文工程需要而研制开发出的一种电探探测系统,见图1,包括数据的采集、资料处理两部分。高密度电阻率法实现了数据的快速采集与分析处理,从而改变了电法勘探的传统的低效运作模式,大幅度提高了工作效率,勘探的智能化程度向前迈进了一步。
高密度电阻率法与常规直流电法相同,以探测地下目标体与围岩间电性导差异为基础的一种地球物理勘探方法。当向地下施加直流电时,在地表利用相应仪器观测、分析电场分布情况,通过研究人工施加电场的分布规律可较为真实的反应地质状况。(如图1）
2.1 工程实例
勘探中使用了目前国内较为普遍电法勘探仪,DUK-2A型高密度电法测量系统。通过供电电极A、B向地下供电,然后通过测量电极M、N收集地下基岩电阻率,测量AM=MN=NB,A、B、M、N同步向右移动。首先选取隔离系数n=1,得出第1层数据,再逐渐增大隔离系数可得到第2、3层,……,直到第n层,所测得地下基岩的点为一个倒梯型。如图2所示,试验中测点总数为435,n(MIN)=30,n(MAX)=90,电极数为60。（如图2）
2.2 施工布置
测区地势平缓且植被较少,较易布线,选择范围尽量覆盖全区的布线方式,测区内共布置测线6条,测线长度300m,相邻测线间间距为15m,每条测线上有效物理点为60个,相邻测点测距5m。测线沿东西方向设置,各剖面测量方向编号自西向东逐渐增大。
2.3 观测方法
每条测线均采用对称4极温纳装置测量,施工布置基本参数为:最小隔离系数为1,最大隔离系数为10,测线上两电极之间间距为5m。每次测完一条测线后,向侧线一侧平移15m再次进行布测,直到6条测线全部完成。
2.4 资料处理技术和分析解释
高密度电阻率法能够在一条剖面上采集不同装置和不同极距的大量数据,包含有丰富的地质信息。通过数据处理,可进一步真实反映地质对象的赋存状态。高密度电阻率法资料处理工作包括预处理、处理和结果。
2.4.1 预处理
预处理包括数据文件的建立、数据平滑、数据排列等。数据文件的建立可通过工程电测仪与微机通讯协同工作完成,也可通过键盘逐点输入数据建立。数据排列是指将数据按要求格式排列。数据平滑作用是消除个别数据点突跳现象。
2.4.2 数据处理
(1)滤波处理方法。高密度电阻率法的正演计算结果表明,偶极和微分装置的视电阻率参数,随着隔离系数的增大,剖面曲线由单峰逐渐变成双峰。因此在断面等值线图上,除了和地质对象相对应的主导常外,还将出现相应的伴随异常,为了消除或抑制这种由于极距变化引起的振荡干扰,设计数字滤波器,称之为扩展偏置滤波器,对观测数据滤波处理。
(2)统计处理方法。统计处理的方法是将高密度电阻率法的视电阻率参数通过一定的数据转换,突出异常相对变化,然后将其参数值按等级的高低采用不同符号或灰阶表示。
(3)比值计算方法。利用高密度电阻率法不同装置的视电阻率参数做某种比值组合不仅具有更为醒目的方式再现原有异常的特征,而且在一定程度上具有抑制干扰和分解复合异常的功能,可改善原始参数反映地质对象赋存状况。
2.4.3 结果及资料处理程序
高密度电阻率法可形成大量的成果图件,较为直观、形象、生动地反映地电断面的电性分布和构造特征。
3 高密度电阻率法在采空区应用
高密度电阻率法在某矿区进行地貌勘察,均取得了令人良好。
3.1 现场布设
现场共布置3条测线,编号分别为1～3号测线,长度均为300m。每条测线布置60个电极,电极间距均为5m。测试中每测线19个剖面,采集点数570个。通过绘制各测试断面的视电阻率等值线图,结合地形校正,对各测试断面的视电阻率进行反演分析,进一步根据地质调查及勘察有关地质资料进行探测成果图的判释。
探测结果的判释原则:①不同物性差异岩体,其电阻率均不同;②强度大、完整性好的岩体,其电阻率较高;③岩体破碎、完整性较差时,电阻率值比完整性好、强度大的岩体电阻率更高;④岩体中存在大型裂缝或空洞时,会出现显著高阻区;⑤岩体裂隙间充填粘土或含水,电阻率值会大幅度降低;⑥充填型溶洞,尤其是粘土充填溶洞,出现低电阻率值异常区;⑦地表粘土或含水块、碎石土,电阻率值偏低。
3.2 试验结果分析
(1)l号测线:该剖面视电阻率平均较低,大部分在300Ω·m以下,结果表明地表25m深度范围内,岩溶发育,岩体破碎,富水。其中,0～15m深度范围内主要为碎石夹粘土;15～25m深度范围内,岩体破碎主要为粘土夹块石充填的溶槽或溶洞;25～45m深度范围内,岩体相对较为完整。
(2)2号测线
该剖面视电阻率平均较低,大部分在300Ω·m以下,表明在地表30m深度范围内,岩体破碎,岩溶发育,夹泥严重。其中,0-10m深度范围内主要为块石夹粘土:10-30m深度范围内,岩体破碎,主要为粘土夹块石充填的溶洞;30-45m深度范围内,岩体相对较完整。
(3)3号测线
该剖面内可能发育两条断层,分别位于测线80m(75～85m段)和180m(170～190m段)。其中,80m处断层倾向NE。
4 结语
本文较为详实的阐述了高密度电阻率法勘探技术发展概况及工作原理,针对高密度电阻率法勘探过程中的工作方法、数据采集处理、模拟数据分析等方面优点及不足,并结合工程应用实例进行了验证,对于其在工程上的推广和应用具有重要指导意义。
参考文献
[1] 张虎生,等.高密度电法在宜春市岩溶地质调查中的应用[J].中国地质灾害与防治学报,2002.
[2] 冯乃琦,李颖,等.高密度电法在安阳县西环路地质灾害调查中的应用[J].黄河水利职业技术学院学报,2007.
[3] 陈正山,张如旭.高密度电法在堤防探测上的应用[J].海河水利,2003.
[4] 张大海,王兴泰.二维视电阻率断面的快速最小二乘反演[J].物探化探计算技术,1999.
关键词:电阻法勘探高密度
中图分类号:P62 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)09(a)-0102-02
地球物理勘探技術是一种应用物理学理论,利用电子仪器进行各项工程,勘探石油、煤炭、天然气等矿产资源的重要地球物理学方法,近年来其应用领域又推广到地质工程和环境监测等领域。地球物理勘探技术与国家经济发展、人民生活密切相关,是地球物理学中的重要分支之一。
1 高密度电阻法的应用与发展
高密度电阻法在国内外发展及应用领域较广,诸多学者、专家进行了深入研究,主要成果如下:1994年,张献民等应用高密度电法探测煤田分布情况;刘康和采用高密度电法,发现地表断层情况;1997年,侯烈忠等运用高密度电法实测机场跑道,由监测数据分析可知,探测的异常特征在高密度电法中真实反映;1999-2001年,董浩斌、王传雷等将高密度电法应用于长江堤坝坝体,电性随长江水位变化研究中,提出了用高密度电法监测堤坝隐患发展情况;2001年,郭铁柱等使用高密度电法在水坝渗漏勘查中良好效果;吴长盛运用高密度电法确定了堤坝存在安全的隐患,并依据勘测结果提出了相关治理建议;王文州将高密度电法用于高速公路高架桥岩溶地区勘探中,效果良好;王玉清等在高层建筑选址工作中运用高密度电法,从地球物理学与环境角度对地基处理及工程选址提出了合理建议:在湘西北岩溶石山区寻找水源中杨湘生应用该法,精确定出井位;2002年,刘晓东等将高密度电法用于岩溶灾害调查,较详实的了解了基岩岩溶发育情况。
高密度电阻率法在国外广泛应用于堤坝隐患监测、海底、湖底等的电阻率分布状况、隧道开挖方案可行性、污染物侵蚀分布、地下水位探测等方面。
2 高密度电阻法的工作原理
高密度电阻率法根据现场环境地质调查及水文工程需要而研制开发出的一种电探探测系统,见图1,包括数据的采集、资料处理两部分。高密度电阻率法实现了数据的快速采集与分析处理,从而改变了电法勘探的传统的低效运作模式,大幅度提高了工作效率,勘探的智能化程度向前迈进了一步。
高密度电阻率法与常规直流电法相同,以探测地下目标体与围岩间电性导差异为基础的一种地球物理勘探方法。当向地下施加直流电时,在地表利用相应仪器观测、分析电场分布情况,通过研究人工施加电场的分布规律可较为真实的反应地质状况。(如图1）
2.1 工程实例
勘探中使用了目前国内较为普遍电法勘探仪,DUK-2A型高密度电法测量系统。通过供电电极A、B向地下供电,然后通过测量电极M、N收集地下基岩电阻率,测量AM=MN=NB,A、B、M、N同步向右移动。首先选取隔离系数n=1,得出第1层数据,再逐渐增大隔离系数可得到第2、3层,……,直到第n层,所测得地下基岩的点为一个倒梯型。如图2所示,试验中测点总数为435,n(MIN)=30,n(MAX)=90,电极数为60。（如图2）
2.2 施工布置
测区地势平缓且植被较少,较易布线,选择范围尽量覆盖全区的布线方式,测区内共布置测线6条,测线长度300m,相邻测线间间距为15m,每条测线上有效物理点为60个,相邻测点测距5m。测线沿东西方向设置,各剖面测量方向编号自西向东逐渐增大。
2.3 观测方法
每条测线均采用对称4极温纳装置测量,施工布置基本参数为:最小隔离系数为1,最大隔离系数为10,测线上两电极之间间距为5m。每次测完一条测线后,向侧线一侧平移15m再次进行布测,直到6条测线全部完成。
2.4 资料处理技术和分析解释
高密度电阻率法能够在一条剖面上采集不同装置和不同极距的大量数据,包含有丰富的地质信息。通过数据处理,可进一步真实反映地质对象的赋存状态。高密度电阻率法资料处理工作包括预处理、处理和结果。
2.4.1 预处理
预处理包括数据文件的建立、数据平滑、数据排列等。数据文件的建立可通过工程电测仪与微机通讯协同工作完成,也可通过键盘逐点输入数据建立。数据排列是指将数据按要求格式排列。数据平滑作用是消除个别数据点突跳现象。
2.4.2 数据处理
(1)滤波处理方法。高密度电阻率法的正演计算结果表明,偶极和微分装置的视电阻率参数,随着隔离系数的增大,剖面曲线由单峰逐渐变成双峰。因此在断面等值线图上,除了和地质对象相对应的主导常外,还将出现相应的伴随异常,为了消除或抑制这种由于极距变化引起的振荡干扰,设计数字滤波器,称之为扩展偏置滤波器,对观测数据滤波处理。
(2)统计处理方法。统计处理的方法是将高密度电阻率法的视电阻率参数通过一定的数据转换,突出异常相对变化,然后将其参数值按等级的高低采用不同符号或灰阶表示。
(3)比值计算方法。利用高密度电阻率法不同装置的视电阻率参数做某种比值组合不仅具有更为醒目的方式再现原有异常的特征,而且在一定程度上具有抑制干扰和分解复合异常的功能,可改善原始参数反映地质对象赋存状况。
2.4.3 结果及资料处理程序
高密度电阻率法可形成大量的成果图件,较为直观、形象、生动地反映地电断面的电性分布和构造特征。
3 高密度电阻率法在采空区应用
高密度电阻率法在某矿区进行地貌勘察,均取得了令人良好。
3.1 现场布设
现场共布置3条测线,编号分别为1～3号测线,长度均为300m。每条测线布置60个电极,电极间距均为5m。测试中每测线19个剖面,采集点数570个。通过绘制各测试断面的视电阻率等值线图,结合地形校正,对各测试断面的视电阻率进行反演分析,进一步根据地质调查及勘察有关地质资料进行探测成果图的判释。
探测结果的判释原则:①不同物性差异岩体,其电阻率均不同;②强度大、完整性好的岩体,其电阻率较高;③岩体破碎、完整性较差时,电阻率值比完整性好、强度大的岩体电阻率更高;④岩体中存在大型裂缝或空洞时,会出现显著高阻区;⑤岩体裂隙间充填粘土或含水,电阻率值会大幅度降低;⑥充填型溶洞,尤其是粘土充填溶洞,出现低电阻率值异常区;⑦地表粘土或含水块、碎石土,电阻率值偏低。
3.2 试验结果分析
(1)l号测线:该剖面视电阻率平均较低,大部分在300Ω·m以下,结果表明地表25m深度范围内,岩溶发育,岩体破碎,富水。其中,0～15m深度范围内主要为碎石夹粘土;15～25m深度范围内,岩体破碎主要为粘土夹块石充填的溶槽或溶洞;25～45m深度范围内,岩体相对较为完整。
(2)2号测线
该剖面视电阻率平均较低,大部分在300Ω·m以下,表明在地表30m深度范围内,岩体破碎,岩溶发育,夹泥严重。其中,0-10m深度范围内主要为块石夹粘土:10-30m深度范围内,岩体破碎,主要为粘土夹块石充填的溶洞;30-45m深度范围内,岩体相对较完整。
(3)3号测线
该剖面内可能发育两条断层,分别位于测线80m(75～85m段)和180m(170～190m段)。其中,80m处断层倾向NE。
4 结语
本文较为详实的阐述了高密度电阻率法勘探技术发展概况及工作原理,针对高密度电阻率法勘探过程中的工作方法、数据采集处理、模拟数据分析等方面优点及不足,并结合工程应用实例进行了验证,对于其在工程上的推广和应用具有重要指导意义。
参考文献
[1] 张虎生,等.高密度电法在宜春市岩溶地质调查中的应用[J].中国地质灾害与防治学报,2002.
[2] 冯乃琦,李颖,等.高密度电法在安阳县西环路地质灾害调查中的应用[J].黄河水利职业技术学院学报,2007.
[3] 陈正山,张如旭.高密度电法在堤防探测上的应用[J].海河水利,2003.
[4] 张大海,王兴泰.二维视电阻率断面的快速最小二乘反演[J].物探化探计算技术,1999.