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摘 要 :灰岩、大理岩是一种较为特殊的地质体,区内溶蚀现象较为普遍.溶蚀现象会产生较多的溶蚀带、溶洞等不良地质现象,会严重地影响到工程质量与施工进度.本文分析了高密度电法的原理与野外工作方法,通过应用实例说明高密度电法在灰岩、大理岩地区岩溶勘察中的作用.

关 键 词 :高密度电法 电阻率 视电阻率 溶洞

1.前言

灰岩、大理岩是一种较为特殊的地质体,区内溶蚀现象较为普遍.溶蚀现象不仅会导致基岩面起伏很大,还会产生较多的溶蚀带、溶洞、土洞等不良地质现象,会严重地影响到工程质量与施工进度.因此,灰岩、大理岩地区的工程地质勘察不仅要探明基岩的起伏,还必须查明区内的溶蚀带、溶洞、土洞等不良地质现象,由于这些不良地质情况出现的随机性较大,仅用钻探难以达到理想效果,必须借助于工程物探手段.

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2.高密度电法简介

高密度电法是一种阵列式电阻率测量方式.由于高密度电法可以实现电阻率的快速采集和现场数据的实时处理,从而改变了电法的传统工作模式.它集电阻率剖面和电测深于一体,采用高密度布点,进行二维地电断面测量,提供的数据量大、信息多,并且观测精度高、速度快,是灰岩地区寻找溶蚀带、溶洞、土洞及构造破碎带最有效的物探方法之一.

高密度电法勘探的前提条件是地下介质间的导电性差异,和常规电法一样,它通过A、B电极向地下供电(电流为I),然后测量M、N极的电位差△U,从而求得该记录点的视电阻率值ρs等于K×△U/I.根据实测的视电阻率剖面进行计算、处理、分析,便可获得地层中的电阻率分布情况,从而解决相应的工程地质问题.

高密度电法是相对与传统电法而言的,其特点是它反映的地电信息量大.但它更为关键的一点是利用程控高密度电极转换器,由微机控制选择供电电极和测量电极实现了电法高效率的数据采集,可以说这是电法勘探的一次飞跃,该方法抛弃了传统电法的人工跑极,其测量方式达到了高效率和自动化.


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3.高密度电法在灰岩、大理岩地区岩溶勘察中的应用

高密度电阻率法的野外数据采集是通过阵列电极装置型式来实现的.电极排列的长度和电极间距的大小直接影响采集数据剖面对洞室的反映能力.电极间距越小对目标体的探测精度越高,但是如果电极数固定不变,随着电极间距的减小,排列长度也相应减小,从而减小了剖面的探测深度,也影响了对埋深较大的空洞的探测能力.因此野外作业时,要先收集相关资料,对空洞的尺寸大小和分布深度有大致了解,先做试验,然后设计合理的数据排列,使探测目标体落在排列探测区域的有效范围内.

4.工程实例

辽阳市某水泥有限公司新引进2000t/d水泥生产线, 2000t/d水泥生产线的窑尾-生料库基础在工程地质勘查和钻孔灌注的施工中,发现风化石灰岩中存在溶洞,为了掌握溶洞分布特点以及埋藏深度,该公司于2004年5月委托我队对场地进行溶洞的物理方法探侧,为场地的桩基础设计、施工提供物探参考资料.

4.1场地工程地质概况

水泥有限公司2000t/d水泥生产线的“窑尾”和“生料均化库”基础,长约40m,宽约16m范围内,共设计了46根桩基.根据勘察资料,场地覆盖层较厚,一般在20—25m,深处达40m以上.盖层为粉质粘土和淤泥质粘土,盖层底部为风化的石灰岩,其风化石灰岩节理、裂隙非常发育,局部出现溶洞.为详细了解桩端的风化石灰岩里是否形成溶洞,物探以网格形式布置剖面线,线距和点距为3m.方向与桩基轴线一致,以场区中心向两侧共布置了6条高密度剖面.


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4.1典型断面图及解释推断

由辽阳某水泥生产线窑尾-生料库基础4号剖面高

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密度探测断面图及结合已知勘察资料可见视电阻率层位清晰、连续性好.地表为软土层,由于气候干旱,含水量不均匀,视电阻率15-60(Ω·m);第二层为粉质粘土和淤泥质粘土,含水量较高,视电阻率15-25(Ω·m);第三层为风化灰岩,视电阻率25-60(Ω·m);下覆基岩为灰岩视电阻率>80(Ω·m).根据视电阻率断面图,就可以清楚地划分层位.

同时根据该断面的数据资料进行分析、处理,可以看出:在剖面的72—81m及86—92m处的风化灰岩中有两处低阻存在,推断为溶洞引起,推断埋深分别为25-27m、27-28m,洞高6m、2m.

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