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高密度電法在水文地質(zhì)中的應(yīng)用

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高密度電法在水文地質(zhì)中的應(yīng)用

[摘要]結(jié)合金珠水路工程實(shí)際狀況與要求,針對(duì)工程水文地質(zhì)與工程地質(zhì)情況,提出了運(yùn)用高密度電法實(shí)施勘探的方法。通過(guò)對(duì)高密度電法基本原理、優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)、工作方法以及具體應(yīng)用的分析得出,該勘探方法具有較高的可行性與準(zhǔn)確度。

[關(guān)鍵詞]高密度電法;水文地質(zhì);工程地質(zhì);應(yīng)用

作為一種全新的電子勘探技術(shù),高密度電法依靠介質(zhì)電性的相互差異,可對(duì)天然或人工的電場(chǎng)進(jìn)行勘探。高密度電法的測(cè)量密度點(diǎn)較為密集,可以獲得許大量的信息,在工程地質(zhì)與水文地質(zhì)等勘探工作中較常用。在運(yùn)用高密度電法實(shí)施測(cè)量時(shí),可顯著減小電磁所帶來(lái)的干擾與影響,進(jìn)而大幅降低了事故發(fā)生幾率,進(jìn)一步提升了勘探準(zhǔn)確度與工作效率。

1工程概況

金珠水庫(kù)工程位于納雍縣治昆鄉(xiāng)建新河一級(jí)支流凹豬河上,地處E104°55'40"至E105°38'04",N26°30'16"至N27°05'54",工程主要任務(wù)是向納雍縣城供水,其中輸水管線(xiàn)長(zhǎng)約43km。壩址距納雍縣56公里,離治昆鄉(xiāng)6km左右,有縣道柏油路通往治昆鄉(xiāng),鄉(xiāng)村公路通往壩址,交通較便利。

2高密度電法基本原理與優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)

2.1基本原理

高密度電法是一種將電探測(cè)法與電剖面法相結(jié)合的勘探技術(shù),從基礎(chǔ)角度講,它與傳統(tǒng)意義上的電阻率法十分相似。但二者并不等同,主要差別在于存在高密度觀測(cè)位置被設(shè)定于觀測(cè)部分,這種勘探方法傾向于陳列勘探,具體而言,就是電極間進(jìn)行的自由組合使得勘探存在一定覆蓋式特征。在實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的過(guò)程中,需要將所有電極都設(shè)置在剖面測(cè)點(diǎn)上。程控電極中的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)與電測(cè)儀器同時(shí)進(jìn)行工作,信息采集隨即開(kāi)始。采集的主要對(duì)象為針對(duì)剖面上各不相同的電極距與組合方式所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)信息。

2.2優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)

1)高效率。

在勘探過(guò)程中,電極布置操作可一次完成,節(jié)省了大量的工作流程,相應(yīng)地也減少了不必要的干擾與影響,用于修復(fù)與調(diào)整的時(shí)間被省下,從而間接提高了工作效率。

2)多樣化。

測(cè)量方式與電極排列存在一定聯(lián)系,由于電極的數(shù)量較大,所以排列方式有許多種可能,測(cè)量方式因此而千變?nèi)f化,所以可以從許多個(gè)層次進(jìn)行分析。

3)自動(dòng)化水平高。

就目前來(lái)看,野外采集已完全實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)化,人工操作簡(jiǎn)單快捷,人力支出得到了大幅縮減。另外,隨著地球物理反演的持續(xù)完善,電阻率成像效果得到了一定提升,從過(guò)去的一維跨度轉(zhuǎn)變成三維跨度,精確地實(shí)現(xiàn)了解釋精度跨越。在我國(guó),高密度電法的應(yīng)用已較為成熟,具有較高的應(yīng)用范圍與經(jīng)濟(jì)性。

3高密度電法工作方法

3.1現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量

首先對(duì)測(cè)量線(xiàn)、點(diǎn)進(jìn)行布置,預(yù)先選取完成之后,全部電極需設(shè)置于具有一定間隔的點(diǎn)位上。之后經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換設(shè)備所必須的特殊電極,此類(lèi)電極自由組合成指定的設(shè)備與間距,針對(duì)各個(gè)電極設(shè)備與間距所進(jìn)行的觀察可在剖面電阻率方法中的測(cè)點(diǎn)內(nèi)快速進(jìn)行。觀察的同時(shí)輔以數(shù)據(jù)處理、繪圖與解釋軟件,可以在最短的時(shí)間完成勘探工作。

3.2數(shù)據(jù)前處理

對(duì)于地形情況較為復(fù)雜多變的橫截面而言,其海拔坐標(biāo)需要添加至數(shù)據(jù)文件當(dāng)中,為后續(xù)反演處理提供重要的參考。通過(guò)對(duì)此過(guò)程收集到的數(shù)據(jù)分析和計(jì)算以后,采集到的數(shù)據(jù)資料就可以轉(zhuǎn)換成電阻率之前的聯(lián)系。

3.3反演處理

創(chuàng)建初始的二維地電結(jié)構(gòu)模型,結(jié)合地質(zhì)普查資料選取適宜的反演參數(shù),如阻尼因子、迭代次數(shù)以及收斂極限等,此后運(yùn)用最小二乘法進(jìn)行反演計(jì)算,最后對(duì)反演計(jì)算得到的結(jié)果進(jìn)行查看。另外,還要對(duì)地形進(jìn)行校正,最終得到的地電斷面可以使用在地質(zhì)解釋過(guò)程中。

4高密度電法應(yīng)用實(shí)例

4.1水庫(kù)大壩滲漏探查

金珠水庫(kù)工程下壩址的低鄰谷是建新河。根據(jù)地表調(diào)查,左岸有斷層構(gòu)造發(fā)育,左岸壩肩孔zk6發(fā)現(xiàn)溶洞溶隙,穩(wěn)定地下水位65m左右,高于河床;河心孔zk5水位為6.5m,低于河水位6m左右;右岸壩肩孔巖芯較完整,但穩(wěn)定地下水位為78.5m,低于河水位3m左右。鑒于兩岸山體雄厚,庫(kù)水向鄰谷建新河滲漏的可能性小,主要是庫(kù)首繞壩滲漏。T1yn2泥巖為隔水層,確定為左岸帷幕的防滲邊界,右岸帷幕防滲邊界接飛仙關(guān)砂泥巖地層,以切斷庫(kù)水沿T1yn1向建新河滲漏的可能性通道。帷幕下限根據(jù)巖體風(fēng)化、透水性與地下水位進(jìn)行綜合考慮,確定帷幕灌漿防滲底界,則有效防滲面積為92400m2。

4.2水庫(kù)庫(kù)岸穩(wěn)定性探查

下壩址正常蓄水位1579m,上下壩址之間河段長(zhǎng)1170m,岸坡地形坡度一般35°~50°,河谷為斜向~橫向谷,巖層陡傾下游,65°~80°。水庫(kù)蓄水后,庫(kù)岸穩(wěn)定性好,僅在下壩址上游300m處右岸有一崩塌堆積體。水庫(kù)蓄水高度大于崩塌堆積體后緣,水庫(kù)蓄水后可能引起淺層滑塌,最大方量約2000方左右,由于為庫(kù)水位以下的淺層滑動(dòng),對(duì)水庫(kù)影響不大。

4.3海堤砌石體深度探測(cè)

按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選出一個(gè)具有代表性的海堤砌石體,運(yùn)用高密度電法對(duì)其深度進(jìn)行探測(cè),得出反演色譜表示圖。被測(cè)區(qū)域中,絕大多數(shù)提防工程都建立在拋石的上端。迎水側(cè)實(shí)質(zhì)上就是趨近于直立形式的漿砌石擋墻,填方下層基礎(chǔ)主要由淤泥、含泥中細(xì)砂層以及淤泥夾薄粉砂層等構(gòu)成。通過(guò)對(duì)反演成果的分析得知,其主要呈現(xiàn)出常見(jiàn)的電阻率三層水平形式分布,整體起伏相對(duì)較小。在此基礎(chǔ)上,對(duì)被測(cè)區(qū)域中的拋石電阻率進(jìn)行測(cè)試,并對(duì)地質(zhì)信息進(jìn)行深入分析,將維持在30~40n•m的電阻率作為拋石和填土的主要?jiǎng)澐忠罁?jù),同理將10n•m以?xún)?nèi)的電阻率作為填方下層基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的主要?jiǎng)澐忠罁?jù)。通過(guò)進(jìn)一步分析可知,砌石層的實(shí)際厚度達(dá)到6.0m,填土相較于砌石層薄,厚度為2.0~4.0m。

4.4滑坡體分界面應(yīng)用

按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選出一個(gè)具有一定代表性的樞紐工程,運(yùn)用高密度電法對(duì)其滑坡體進(jìn)行探測(cè),得出反演色譜表示圖。色譜不存在規(guī)律層次,從整體的角度看,其中低阻帶大多分布于中部與上部,并且是較不連續(xù)的。此外,高阻凸起點(diǎn)有兩個(gè),其表層存在稍高阻反應(yīng)。下埋深度保持在6~17m范圍內(nèi),實(shí)際電阻率可以達(dá)到120Ω•m。為進(jìn)一步驗(yàn)證上述結(jié)果,對(duì)被測(cè)區(qū)域進(jìn)行鉆探,鉆探結(jié)果顯示預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際情況完全吻合,確實(shí)存在滑坡體,再次有利證實(shí)了高密度電法的可靠性與準(zhǔn)確性。

4.5應(yīng)用于地層劃分

按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選出一個(gè)具有一定代表性的供水線(xiàn)路,運(yùn)用高密度電法對(duì)其地層進(jìn)行探測(cè),得出反演色譜表示圖。由反演色譜可以明顯看出,電阻率曲線(xiàn)主要呈現(xiàn)出一種閉合與半閉合相交的情況,實(shí)際電阻率取400Ω•m,這是由于受到回填砂性土的影響而產(chǎn)生的。表層下方的多個(gè)樁基中存在阻倒U型閉合圈,這是由于受到淤泥質(zhì)土的影響而產(chǎn)生的,其余樁段地層大多為粉質(zhì)黏土。

4.6高密度電法其他應(yīng)用范圍

除以上應(yīng)用范圍外,高密度電法還能使用在建筑選址、高等級(jí)公路橋梁建設(shè)以及機(jī)場(chǎng)跑道等重點(diǎn)工程的地質(zhì)勘探工作中,這些都離不開(kāi)高密度法的支持。在對(duì)壩體整體強(qiáng)度與起伏特點(diǎn)進(jìn)行分析和評(píng)定的過(guò)程中,高密度電法同樣可以使用,而且所得到的成果也較為準(zhǔn)確。實(shí)例表明,合理運(yùn)用高密度電法可以十分準(zhǔn)確地得出巖溶地區(qū)中水資源的主要分布情況;借助瞬態(tài)瑞雷面波法可以很好地解決機(jī)場(chǎng)擴(kuò)建工程必須面臨的巖土勘察難題;還可對(duì)河道以及墓穴等進(jìn)行定位和測(cè)量,以此更好掌握實(shí)時(shí)信息,為施工提供可靠的數(shù)據(jù)參考和技術(shù)支持。

5結(jié)語(yǔ)

高密度電法是當(dāng)前較為先進(jìn)的新型電探技術(shù),依靠全面的技術(shù)支撐,在進(jìn)行日常工作中可以大幅縮減電磁干擾與事故發(fā)生幾率,極大地提升了工作的準(zhǔn)確性與效率。另外,在勘探過(guò)程中,可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化采集,在較短時(shí)間內(nèi)即可獲取大量的信息,省去了重復(fù)操作,進(jìn)而在地質(zhì)工作中發(fā)揮出不可替代的重要作用,其應(yīng)用范圍也會(huì)隨著工程的發(fā)展變得越發(fā)廣泛。

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作者:劉金安 單位:貴州省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院

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