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高密度电法在工程岩溶勘探中的模拟与应用

发表时间：2021/6/22 来源：《基层建设》2021年第6期作者：邓志超

[导读] 摘要：密度电法已经被广泛地使用在我国矿产开发和工程建设之中。

        辽宁省东煤地质物探测量队有限责任公司辽宁沈阳 110000
        摘要：密度电法已经被广泛地使用在我国矿产开发和工程建设之中。高密度电法依托于岩溶和围岩的差异性使得岩溶的横向以及纵向发育情况呈现出来，从而更加便于选择正确的措施来预防发生灾害。本篇文章通过应用实例来证明在工程岩溶勘察桥基以及隧道中，高密度电法具有适用性和准确性的特点。
        关键词：高密度电法；工程岩溶勘探；应用
        1工作原理和特征识别
        1.1工作原理
        高密度电法是一类电阻率法，主要运用于环境地质调查的实际工作之中，其基础为岩和矿石的电阻率差异。在分析了有关于差异电场在空间上的变化规律以及分布特点之后，地下地质构造以及不均匀电性体便可以通过此类勘查地球物理方法更加顺利地找寻出来。在数据采集过程中，高密度电法实现了电阻率剖面方法以及电阻率测深方法的结合。所以，所采集的数据量较大并且数据观测的精度也比较高，在探测电性不均匀体的过程之中可以获得极好的地质效果。

        图1 高密度电法探测原理示意图
        如图1所示，如果将地面A1以及B1视作是供电点，那么在给地下输入I强度电流之时，地下会形成一个比较稳定的电场E。将A1以及B1的中心视作是O为中心，在1/3的A1以及B1长度范围之内的电场都是均匀电场。在整个范围之中安装测量电极M、N，可以获得电位差ΔU。其中，k是装置系数，在不同测量装置之中所属的装置系数也是不一样的。一般而言，高密度观测系统存在数据采集以及资料处理这两部分（如图1所示）。在现场测量的过程之中，在间隔固定的测量点之上放置全部电极并保证观测密度大于一般电阻率法。将多芯电缆跟程控式多路电极开关相连接，所使用的电极自动转换装置能够按照需要自行在极距、测点以及电极装置形式之间转换。最后，不一样的装置的电极同时向右移动之后会获得第一条剖面。在增大电极距离之后逐点由左向右移动又会获得另一条剖面，通过不断扫描之后就可以得到一个完整的倒梯形剖面。
        1.2特征识别
        在不同岩层之中具有不一样的物理性质，而不同岩层中的物理性质就是物探工作的勘探基础。笔者按照已经具备的地质资料分析了本篇文章中所要研究的某个工程岩溶，发现该地区具有十分明显的分层现象，便于开展物探工作。此外，作为处于工程建设中的一类不良地质现象，岩溶或破碎带会严重影响到工程建设。一般而言，岩溶与围岩具有电性上的差异性，这都意味着如果岩溶含水，那么就会呈现低阻异常现象，但是如果岩溶无水时，就会出现高阻异常现象。因此，测区岩性的变化会导致电性差异。
        2工程应用
        本篇文章选择在某小型水库坝址区使用高密度电法进行勘察的应用实例，详细地阐述了高密度电法在岩溶勘探中的应用，得出了物探高密度电法在勘探过程中起着关键作用的结论。
        2.1工程概况和地质情况
        某小型水库坝址区地形地质条件比较复杂，并且在前期勘探的过程之中就发现在一些钻孔之中已经存在溶洞以及大坝渗漏情况。为了查明此小型水库坝址区的地质状况，必须要使用高密度电法以及工程地址探测来勘查坝址轴线。在工程区上层的是红粘土夹碎石，而下部基岩则是灰岩和泥质灰岩。图2为施工区域内典型单点数据记录，具有较好的数据采集效果，符合高密度电法勘探要求。
        2.2资料成果
        本次勘探工程区的地形地貌条件如图3所示。大坝坝顶中部存在一条总长为180m的物探剖面，其中测探点有120个。所使用的勘探设备为WGMD-4设备，在断面扫描测量的过程之中所使用的是施伦贝谢尔装置。按照场地情况以及前期资料在断面内选择使用六十根铜电极，每一点距离为3.0m，而总体探测剖面为18层。所使用的方法是固定断面扫描测量，呈现倒梯形的电极排列，在整理实测数据之后提出了坏点及畸变点，并且使用配套专业软件计算之后绘制出电阻率等值断面图。此外，进行数据处理和绘图应用的软件为是CAD软件。

图2 施工区域内典型数据采集记录

        图3 高密度电法视电阻剖面示意图
        经过实测之后，绘制坝轴线电阻率断面图，上部地区的等值线较平缓并且视电阻较低（0～150Ω•m左右），所以表明上部是坝体填筑土，岩性比较均匀密实，证实该层并没有诸如渗透通道和土洞在内的不良地质构造。而下部岩石层有三处十分明显的低阻异常。地面桩号145～170所对应的是1#，桩号185～188所对应的是2#，桩号210～250所对应的是3#，所对应的AB/2分别为-40～-45段、-45段、-43～-47段。按照现有资料显示，2#区域位置所对应的是长宽为1.0×1.0m的坝下输水涵管，坝下16m是其埋深的位置，因此可以推断出0.4是高密度深度的解释系数。而1#和3#则是异常地质区域，所以极有可能出现岩洞发育区或者是断层破碎带。基于电法勘探剖面，笔者所在施工队在对应位置实行钻孔勘探，证实了1#区是长宽为1.0×2.0m的淤质泥溶洞，3#区实为2.0m长的断层破碎带。在整个勘测过程中，笔者认为高密度电法对整个勘探工作起着至关重要的作用，在很短的时间之内准确地找到了地质构造异常的区域，整个勘察工作在高密度电法的运用之下快速有效地进行，对最终的工程地质评价产生了重大影响。在研究了本次勘察成果之后，笔者发现电法勘探是众多勘察方法中最为快捷且经济的勘察手段，如果依靠普通钻探手段难以查明异常地层情况，可以使用高密度电法以达到更好的效果。
        结束语
        本篇文章主要介绍了在某小型水库坝址区使用高密度电法进行工程施工的应用案例，分析了高密度电法在工程岩溶勘探中的实际使用情况。但是因为地质勘探以及钻井坑的布置数量有限，所以只能部分掌握岩溶情况，不过比起传统勘测方法而言，高密度电法已经更加清晰的呈现出整个岩溶的地层分布，从而在勘测过程之中发挥了很好的指挥作用并获得了极佳的勘探效果。
        参考文献：
        [1]费明泽.井下高密度电法在矿井防治水的应用———以解决运煤通道底板下沉为例[J].中国煤炭地质，2014，09：78~80.
        [2]汪楷洋，庹先国，张赓，李彬，刘明哲.高密度电法在勘探基岩裸露矿山的不良地质体中的改良与研究[J].中国矿业，2014，11：136~140.