高密度電法二極裝置與對(duì)稱四極測(cè)深定量解釋對(duì)比研究

高密度電法二極裝置與對(duì)稱四極測(cè)深定量解釋對(duì)比研究

0高密度電法研探的意義巖石溶解也被稱為卡斯特地形，是指在地下水和地表水的溶解和沉淀、侵蝕和沉積中，以及在重力坍塌、坍塌和堆積中形成的地形。巖溶發(fā)育區(qū)工程建設(shè)常常遇到地基穩(wěn)定及塌陷問題、滲透及突水問題。直流電法相對(duì)于其他勘察手段采集效率高，成本低，探勘成果好而廣泛應(yīng)用于巖溶探測(cè)中。19世紀(jì)末，費(fèi)歇首次建立人工直流電場(chǎng)源，在美國(guó)一個(gè)礦床上測(cè)到了電阻率異常。到20世紀(jì)中期相關(guān)學(xué)者發(fā)表了直流電法勘探等相關(guān)專著。在此基礎(chǔ)上探索出的電測(cè)深系統(tǒng)被認(rèn)為就是高密度電法的雛形。國(guó)內(nèi)直流電法勘探領(lǐng)域較廣，歷經(jīng)30多年的發(fā)展，高密度電法已經(jīng)廣泛應(yīng)用于巖溶探測(cè)1巖土層調(diào)查和測(cè)量系統(tǒng)本次勘探工點(diǎn)位于廣東白云某在建車輛維修段維修轉(zhuǎn)運(yùn)樓。根據(jù)前期場(chǎng)地范圍揭露地層的形成時(shí)代、成因、巖性、風(fēng)化程度等，將本工程場(chǎng)地范圍內(nèi)的巖土層分為7個(gè)大層，揭露地層共包括:①填土層;②淤泥層和淤泥質(zhì)砂土層;③砂層;④沖積—洪積土層;⑤殘積土層;⑥強(qiáng)風(fēng)化砂巖;⑦微風(fēng)化石灰?guī)r。本次探測(cè)工作采用GeopenE60DN直流電法測(cè)量系統(tǒng)。本次物探現(xiàn)場(chǎng)位于人類活動(dòng)復(fù)雜、車流密集區(qū)，無法布設(shè)長(zhǎng)測(cè)線高密度電法。綜合考慮，采用高密度電法二極裝置和對(duì)稱四極測(cè)深裝置進(jìn)行測(cè)量。2．探測(cè)深度的影響裝置靈敏度式中:a為電極間距;z為深度。當(dāng)電極間距增大時(shí)，裝置的探測(cè)深度增大，但當(dāng)a增大時(shí)，靈敏度最大值也相應(yīng)地減小，這也是直流電法分辨率隨著探測(cè)深度減小的主要原因。圖1是當(dāng)a=1m時(shí)，二極裝置和對(duì)稱四極裝置一維靈敏度對(duì)比曲線。二極裝置中間探測(cè)深度是最大靈敏度時(shí)深度的2倍左右，四極裝置中間探測(cè)深度與最大靈敏度時(shí)深度較接近，其曲線更扁平，其對(duì)異常體反映更加靈敏。這也從理論上說明了對(duì)稱四極裝置縱向分辨率高于二極裝置。3反射系數(shù)電測(cè)深反射系數(shù)式中:R是供電極距AB/2的簡(jiǎn)便表示方式;ρ研究表明兩種導(dǎo)電介質(zhì)的視反射系數(shù)KK4巖溶分布及發(fā)育情況本次高密度電法測(cè)線長(zhǎng)80m，電極間距1.0m，無窮遠(yuǎn)極布設(shè)于5倍測(cè)線長(zhǎng)度外，B、N端點(diǎn)與測(cè)線中點(diǎn)的連線與測(cè)線呈約90°，平均接地電阻約300Ω，接地狀態(tài)良好，測(cè)線經(jīng)過前期鉆探結(jié)構(gòu)孔位JG806、JG816?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)反演視電阻率剖面圖見圖2，對(duì)數(shù)形式顯示。因?yàn)榭辈靺^(qū)穩(wěn)定潛水面較淺，巖層視電阻率差異較小，基巖面與覆蓋層分界線不明顯，溶洞發(fā)育區(qū)視電阻率呈明顯閉合低阻異常，對(duì)數(shù)視電阻率約0.2，溶洞充水所致。0～4m為淤泥質(zhì)土層，對(duì)數(shù)視電阻率約為1.4;4～12m為黏土，對(duì)數(shù)視電阻率為2.0;12～25m為巖溶發(fā)育區(qū)，受到巖溶水影響，對(duì)數(shù)視電阻率較低，約0.2～0.8。前期鉆探孔JG816鉆孔揭露溶洞D1埋深12.4m，溶洞直徑5.5m，溶洞頂板0.3m，全充填溶洞。溶洞D2埋深20.4m，溶洞直徑1.2m，溶洞頂板2.5m，充水溶洞。JG806鉆孔揭露溶洞D3埋深14.4m，溶洞直徑6.2m，溶洞頂板2.1m，全充填溶洞。溶洞D4埋深20.4m，溶洞直徑3.8m，溶洞頂板0.8m，全充填溶洞。反演斷面圖在鉆孔揭露處呈現(xiàn)兩處明顯的閉合低阻異常，反演斷面圖與鉆孔資料能較好對(duì)應(yīng)。小尺寸溶洞及隔板在反演過程中可能被圓滑掉，在反演斷面上未能體現(xiàn)。在水平位置40～45m、埋深15m存在一處明顯閉合低阻異常，推測(cè)該處存在一溶洞，為進(jìn)一步分析該處的地質(zhì)信息，在圖2水平坐標(biāo)43m處，正交設(shè)置對(duì)稱四極測(cè)深測(cè)線。裝置系數(shù):AB根據(jù)“零值”特征，分析反射系數(shù)曲線和視電阻率曲線，視電阻率曲線呈KKH型，首個(gè)K曲線反應(yīng)的是覆蓋層電性的變化以及覆蓋層厚度，覆蓋層厚度約12.5m，視電阻率約40～60Ω·m。首個(gè)H型曲線下凹幅度，寬度較大推測(cè)存在一處規(guī)模較大頂板較薄溶洞，溶洞埋深14.2m，頂板厚1.9m，直徑約8.9m。第二個(gè)K曲線下凹幅度與寬度較小，且視電阻率峰值較小，推測(cè)該處為小厚度隔板和小規(guī)模溶洞。初步圈定溶洞發(fā)育狀態(tài)，溶洞埋深24.8m，隔板厚1.7m，直徑約2m。視電阻率曲線尾支上升平緩，巖體較完整。后期補(bǔ)充了ZK01進(jìn)行鉆探驗(yàn)證，柱狀圖見圖5。鉆孔揭露潛水位埋深0.6m，覆蓋層厚度12.2m，揭露溶洞1埋深13.8m，直徑8.6m，頂板厚1.6m，半充填溶洞。溶洞2埋深23m，直徑2.4m，頂板0.6m，全充填溶洞。兩種直流電法巖溶發(fā)育解譯與鉆孔揭露溶洞情況對(duì)比見表1。高密度電法二極裝置反演剖面信息量豐富，能確定巖溶賦存位置，發(fā)育情況，但小尺寸溶洞很容易在反演過程中被覆蓋掉，其成層性較差。結(jié)合反射系數(shù)分析，能對(duì)巖溶分層界面進(jìn)行劃分，高密度電法和電測(cè)深裝置，埋深誤差均小于10%，反射系數(shù)對(duì)頂板厚度和溶洞直徑判斷誤差均小于20%，對(duì)于隔板尺寸較小的情況推測(cè)誤差較大，推測(cè)可能是隔板界面起伏以及填充物賦存導(dǎo)致的。5高密度電法的應(yīng)用通過高密度電法二維成像定位異常體，定性分析地層，再通過對(duì)稱四極裝置針對(duì)性測(cè)量，能彌補(bǔ)高密度電法在縱向定量解釋