高密度電法在地下水通道探測中的研究與應(yīng)用

楊雪娟

【摘要】高密度電法屬于直流電阻率法的范疇，其特點是高密度采集地層信息數(shù)據(jù)、用途廣泛、速度快以及經(jīng)濟。觀測結(jié)果可以表示成二維斷面圖格式，可精確反應(yīng)地電斷面沿測線和深度的變化。由于反應(yīng)地質(zhì)信息豐富、直觀、資料處理和解釋簡單，在水利水電等勘察中得到了廣泛的應(yīng)用。本文結(jié)合工程實例，采用高密度電法對地下水導(dǎo)致地下塌陷坑的成因、規(guī)模、路徑等展開論述，印證高密度電法在地下水通道探測中的可靠性和適用性。

【關(guān)鍵詞】高密度電法；地下水通道；探測

引言

山區(qū)的自然環(huán)境和地質(zhì)環(huán)境較為復(fù)雜，在山區(qū)修建隧道經(jīng)常會通過富水地區(qū)。地下水不僅會溶解、沖蝕、軟化隧道圍巖，降低圍巖強度，還會給施工帶來巨大難度和安全隱患。提前獲取隧道水文地質(zhì)情況，通過對每段地質(zhì)情況的分析提前做好預(yù)防措施，可降低隧道施工危險。高密度電法是探測地下水的一種重要地球物理方法，它將傳統(tǒng)的電剖面法和電測深法相結(jié)合，具有測點密度高、采集的信息量大和對探測的目標(biāo)不造成影響等優(yōu)點，能有效探測地下水情況，對工程建設(shè)具有重大參考價值。

1、高密度電法原理

高密度電法的原理與普通電法原理基本一致，就是多種排列的常規(guī)電阻率法與自動數(shù)據(jù)反演處理相結(jié)合的方式。通過電極多種組合的掃描探測，能夠采取各地層橫縱雙向地電剖面的結(jié)構(gòu)特征。最后微機將測得的數(shù)據(jù)存儲，之后還可以傳入電腦進行濾波、地改處理，通過反演圖判斷測線縱剖面的地質(zhì)信息。

2、鐵路勘察應(yīng)用

2.1數(shù)據(jù)處理

高密度電法的理論模型是一個均質(zhì)的、各向同性的水平均勻地質(zhì)體，且視電阻率值是電極距的函數(shù).然而在實際工作中，由于地形起伏、接地條件不良以及電極實際位置偏離設(shè)計位置等情況的出現(xiàn)，往往導(dǎo)致所測得視電阻率斷面與實際模型不符，因而有必要對原始數(shù)據(jù)作相關(guān)預(yù)處理，如數(shù)據(jù)拼接、地形校正、剔除虛假點等.

2.2地球物理探測前提

該區(qū)域地下水較為發(fā)育，由電性推測，地層自上而下為低阻的新黃土、雜填土；中高阻的卵石、礫石；低阻的砂泥巖，中高阻的泥灰?guī)r及灰?guī)r。掉鉆、漏泥漿等現(xiàn)象的原因推斷為該處上部砂泥巖裂隙發(fā)育且富含地下水，導(dǎo)致深部的灰?guī)r巖溶發(fā)育，與上部連通形成地下水滲流通道。該區(qū)域地下水滲流通道相對周邊巖土體為低阻，而部分掘進困難的地層為孤立的高阻體。因此，此次針對地下水滲流通道探測的物探機理前提成立。在對電法成果進行分析的過程中，首先分出幾個標(biāo)志地層，再圈定同一地層中高低阻區(qū)域，當(dāng)?shù)妥鑵^(qū)域自下而上相連時，可推測為地下水滲流通道。

2.3成果分析

應(yīng)用二維高密度電法專業(yè)軟件“2DRES”進行處理。反演過程中加入了地形校正處理。水流通道相對周圍細砂呈低阻，故本次資料分析重點研判低阻異常。分析時，成果圖對照原始視電阻率擬斷面圖并結(jié)合相關(guān)地質(zhì)等信息。本次探測布置測線多，電法又分不同裝置和采集參數(shù)，數(shù)據(jù)信息量大，現(xiàn)針對主要勘探成果做一闡述。

2.4Z3測線探測結(jié)果分析

Z3測線為隧道左幅中心線K4+840—240段探測線。由圖5可知：K4+760—670段地表以下埋深25-65m處為低阻異常區(qū)，低阻異常，呈細帶狀或串珠狀分布，視電阻率值一般為20-70Ω·m，推測該部位為富水區(qū)；K4+580—520段地表以下埋深20-100m處為低阻異常區(qū)，低阻異常，呈細帶狀或串珠狀分布，視電阻率值一般為30-70Ω·m，推測該部位為賦水區(qū)；K4+490—430段地表以下埋深20-50m處為低阻異常區(qū)，阻值低，多呈團塊狀的低阻異常狀，視電阻率值一般為30-80Ω·m，推測該部位為賦水區(qū)；K4+380—320段地表以下埋深20-55m處為低阻異常區(qū)，阻值低，多呈團塊狀的低阻異常狀，視電阻率值一般為20-60Ω·m，推測該部位為賦水區(qū)；根據(jù)地表調(diào)查結(jié)果，結(jié)合探測結(jié)果，推測賦水區(qū)較為豐富的地段均在溝谷以下，即K4+670、K4+480和K4+375對應(yīng)的溝谷位置。

2.5水流路徑分析

3#坑與4#坑位于出水口左擋墻基礎(chǔ)坡，距2#坑平距42m，地表高程3043m～3045m。此處塌陷多而密集，受地形限制電法測線無法布置。4#坑距廠房基礎(chǔ)約9m，可觀察到在水泵的強抽作用下，從4#坑周邊補水的跡象明顯。再結(jié)合高差可以判斷出地下水從2#坑流向4#再流向3#坑。結(jié)合廠房基礎(chǔ)及集水井抽水量來看，集水箱漏水遠遠不及如此大的量。現(xiàn)場可以看到，廠房基坑經(jīng)抽水送向下游河道，在入河口附近又形成大片蓄水區(qū)。該蓄水區(qū)水位線高程為3049.9m，與2#坑水道高程（3041.1m～3048.6m）最大有近8m的高差。而壩址區(qū)砂卵層覆蓋層厚達百米，滲水性強。由此可推測出2、3、4坑地下水主要來自下游蓄水區(qū)的倒灌。綜上，可以認為由于地勢原因引起下游地下水向上游倒灌，加上前期強降水影響及集水井下游側(cè)泵坑對地下水的強抽的作用，是引起2#、3#、4#坑塌陷的主要原因。流水路徑為：沿左岸坡腳→穿過2#坑及其附近通道→3#坑→4#坑→集水井和廠房。

結(jié)語：

通過本次工程實例得到如下體會：（1）在流水通道與圍巖電阻率差異大、地表巖性比較均勻、地形起伏小的情況下，高密度電法具有良好的勘探效果，其低阻異常明顯并且形態(tài)清晰。（2）資料解釋中，除了對低阻異常的形態(tài)進行分析之外，還應(yīng)結(jié)合塌陷坑位置、地面建筑物、各異常間的平距、高差以及水文地質(zhì)資料等諸多信息。對于復(fù)雜的地下水通道探測需結(jié)合眾多的因素以及相當(dāng)?shù)哪托摹＃?）不同裝置下異常的形態(tài)有所差異。（4）布置測線時應(yīng)盡可能地使測段內(nèi)地表巖性均勻和地形變化小，用以保證原始數(shù)據(jù)質(zhì)量和提高勘探效果。本實例中，盡管邊坡處細砂電阻率高，但其原始數(shù)據(jù)質(zhì)量遠好于跨粗砂、細砂、沖溝處測線。（5）本次勘探中的不足是由于 3#、4# 坑受地形限制電法未能開展并提供直接勘探成果，故對于復(fù)雜條件下地質(zhì)勘探應(yīng)盡可能地采用多種勘探方法來相互彌補、相互驗證.

參考文獻：

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