高密度電法在供水工程場地塌陷區勘探中的應用

朱化田 （合肥供水集團，安徽 合肥 230001）

高密度電法在供水工程場地塌陷區勘探中的應用

朱化田 （合肥供水集團，安徽 合肥 230001）

高密度電法作為一種物探手段，具有效率高、無損傷、探測深度大、可靠性高等特點，在工程勘察中發揮著重要的作用。文章主要介紹高密度電法在供水工程場地塌陷勘探中的應用，探測結果可查明塌陷區的范圍及規模，為后期的加固處理提供科學指導依據。

高密度電法；巖土勘察；塌陷區；溫納裝置

近年來，物探因輕便、快速、經濟等特點，在復雜工程場址的勘察中得到廣泛應用，根據不同的地質特征，合理選擇不同的物探方法，可解決相應的工程地質問題。目前探測塌陷區的地球物理手段主要包括高密度電法、瑞雷面波法、探地雷達法、放射性法、瞬變電磁感應技術、地震勘探技術等，不同的地球物理方法各有優缺點。地下塌陷區的地球物理性質明確，與周邊巖土體存在著物性差異，如電阻率、速度差異等物性差異。高密度電法利用塌陷區與圍巖的電性差異，能夠探測出塌陷區的位置、大致規模、埋深等。筆者運用高密度電法在某供水工程長江取水口部位進行探測，其目的是查明塌陷區的范圍及規模，取得了較好的效果。

高密度電法測量系統，單個排列最多可打120根電極，有9種不同的測量裝置可供選擇。在塌陷或孔洞區調查中，溫納裝置效果是最好的。溫納裝置是不同深度的對稱四極剖面裝置，點距可根據勘探深度和密度需要自由選取，本次工作我們選取點距2m。AM、MN、NB等間距，平行地面方向對地層掃描1次，數據存儲1層，以后每增大1個點距，重復掃描1層，數據分層存儲1次，掃描深度由淺到深，適合固定斷面掃描。它的電極排列規律是：A、M、N、B（其中A、B是供電電極，M、N是測量電極），AM=MN=NB為一個電極間距，隨著間隔系數n由nmin逐漸增大到nmax，4個電極之間的間距也均勻拉開。該裝置適用于固定斷面掃描測量，其特點是測量斷面為倒梯形，電極排列見圖1。

圖1 溫納裝置電極排列示意圖

上述排列模式采集的數據量較大，能得到一個倒梯形的測深剖面，而且深部的分辨率也較高。現場實測的數據可采用專用的分析軟件（Res2dinv）進行分析處理，先進行突變點剔除工作，再根據需要，進行數據圓滑處理和地形改正，最后通過反演計算，可得到反映地層電性特征的電阻率剖面圖。

安徽某地供水工程取水口緊鄰長江外護堤約40m，進行取水頂管的施工，施工場地由于場地為長江河漫灘及一級階地上，土質為粉質粘土和細砂。由于頂管施工過程中，其施工工藝為噴水旋轉，細砂層和粉質粘土層強度和穩定性降低，產生流沙現象，最后發展到該處長江外護堤的局部塌陷，影響了長江外護堤的安全。為了確保長江外護堤安全渡汛，保護堤內的生產安全，加固處理之前需要查清塌陷區的范圍及規模。

場地巖土工程勘察報告顯示場地地層簡單，一般情況下物性較均勻，當地層受到外界擾動后，強度和均勻性被破壞，擾動和塌陷區的地層視電阻率與原地層的視電阻率產生差異，對于區分原始地層和被擾動及塌陷區有利。

由于該區地下水位較高，根據以往工作經驗，擾動地層與塌陷區在位于潛水面以下時常充填軟塑—流塑狀粉質粘土或水，與原始地層的物性差異明顯。可見，本區具備用高密度電法探測擾動地層與塌陷區的地球物理前提條件，說明選取該方案進行探測是可行的。

根據本次勘查的深度及目標體規模，本次物探勘查采用高密度電法的溫納裝置（WN），共布置剖面5條，各測線長90m，線距6m～12m，各剖面電極數為45根，電極間距1.5m～2m，觀測層數14層。其中發現低阻異常區有3條測線，高密度電法溫納裝置剖面分別見圖2～圖4。

圖2 2線高密度電法溫納裝置剖面圖

圖2為2線高密度電法溫納裝置剖面，該線走向近東西向，測線長度90.0m，電極距為2.0m，最大隔離系數為15。據圖2可知，0.0～3.5m地層的視電阻率值一般為20.0Ω·m～50.0Ω·m，為耕填土與粉質粘土的反映；3.5m以下地層的視電阻率值一般為50.0Ω· m～150.0Ω·m，為細砂反映。在剖面水平位置34.0m～46.0m處，地層界面不連續，存在一低阻異常區，異常形態近似梯形。

圖3 4線高密度電法溫納裝置剖面圖

圖3為4線高密度電法溫納裝置剖面圖，該線位于2線南8.0m，測線走向近東西向，測線長度90.0m，電極距為2.0m，最大隔離系數為15。根據圖3可知，0.0～4.0m地層的視電阻率值一般為15.0Ω·m～45.0Ω·m，為耕填土與粉質粘土的反映；4.0m以下地層的視電阻率值一般為50.0Ω·m～150.0Ω·m，為細砂反映。在剖面水平位置38.0m～50.0m處，地層界面不連續，存在一低阻異常區。

圖4 6線高密度電法溫納裝置剖面圖

根據圖4可知，0.0～1.5m地層的視電阻率值較高，為壩體表層較松散干燥引起；1.5m～4.0m地層的視電阻率值一般為15.0Ω·m～45.0Ω·m,為耕填土與粉質粘土的反映；4.0m以下地層的視電阻率值一般為50.0Ω·m～150.0Ω·m,為細砂反映。在剖面水平位置36.0m～50.0m處，地層界面不連續，存在一低阻異常區。

地球物理物探方法種類較多，應用領域越來越廣，但在實際工作中不同種的物探方法都有其適用條件，要根據不同地質特征和勘察任務要求，采用不同的物探方法。本工程的勘查場地具備用高密度電法探測塌陷區的地球物理前提條件，因此選取高密度電法進行綜合地球物理勘查效果良好，取得的數據可靠，達到預期目的。

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TU195

A

1007-7359（2016）05-0267-02

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.05.096