高密度电法在滇西岩溶工程勘探中的应用.pdf

收稿日期:作者简介:杨波()男 云南大理市人 水工环地质高级工程师 多年从事水工环地质工作高密度电法在滇西岩溶工程勘探中的应用杨 波 张 华 王金文(云南南方地勘工程有限公司 云南 大理)摘 要:在岩溶地区勘探工作中 物探技术具有使用方便、快捷、成本小的优点 高密度电阻率法又是使用非常广泛的一种物探方法 是岩溶勘探中对不良地质体有效识别的有效方法之一 本文通过云南洱源县垃圾处理场建设项目溶洞区高密度电法及钻探探测实例分析 进一步论述高密度电法结合勘探在岩溶发育地区工程建设中是较为有效的一种勘探方法关键词:岩溶勘探 高密度电法 钻探验证 云南洱源中图分类号:文献标识码:文章编号:()工程建设中 岩溶发育地区采用高密度电法结合钻探勘察是一种有效的勘探方法 高密度电阻率法实际上是一种阵列勘探方法 多用于中浅层工程勘察 野外测量只需将全部电极(几十至上百根)置于测点上 利用程控电极转换开关和微机工程电测仪可实现数据的快速、自动采集 当测量结果送入微机后 还可对数据进行处理并给出关于地电断面分布的各种物理解释结果 应用该方法 电极布设一次完成 能有效地进行多种电极排列方式的扫描测量 具有成本低、效率高、信息丰富等优点高密度电法无损探测与钻探法重点勘察的综合探查方法对获取工程建设场地岩溶发育程度及溶洞的空间分布特征具有指导意义 本文以云南洱源垃圾处理厂为研究对象 采用高密度电法为“面”的无损探测和钻探法为“点”的重点勘察 分析物探反演解译成果与钻探勘察结果 同步应用 软件对数据进行网格化并制成视电阻率 断面等值图 用基于圆滑约束最小二乘法的 高密度电阻率二维反演软件进行反演 并对高密度电法成果推断解释 研究该岩溶区溶洞空间分布特征 对比分析两种探查手段的应用成果 工程概况城市垃圾处理工程场地位于云南省大理州洱源县邓川镇东侧约 千米的军马厂 主要由填埋库区、管理区、渗滤液处理区组成 地处山脊地带 场地微显狭长凹谷地形 长约 宽约 纵坡降 谷岸地形坡度 植被多灌木为主 覆盖率 以上 山坡岩土体稳定 节理裂隙及溶洞等不良地质灾害发育 断裂、裂隙呈带状 溶洞多呈等轴状、串珠状 产状与区域地层、构造一致 不良物理地质现象以地表岩溶明显 发育小溶沟、溶槽 多为碎石土充填场地地处洱源断陷盆地南西侧、松桂向斜核部 出露地层主要为新生界第四系全新统残坡积()层 下覆地层为三迭系中统北衙组下段()灰岩、深灰色薄层状泥质灰岩 岩溶中等发育 广泛分布于整个工程区内 该区汇水面积约 其沟谷为季节性流水 水流大小完全受降水控制 雨季 沟谷中地表洪峰痕迹水流流量可达/旱季 沟谷中大多无水流 研究区主要分布第四系松散岩类孔隙水、碳酸盐岩裂隙溶洞水 碳酸盐岩夹碎屑岩裂隙溶洞水及基岩裂隙水四种地下水类型(图)年第 卷 第 期 页 云 南 地 质/图 工作区水文地质图.第四系全新统坡积、洪积、冲积砂、砾石 中三叠统北衙组上段灰岩、白云质灰岩 中三叠统北衙组下段灰岩夹粉砂岩 下三叠统泥质页岩、砂岩 二叠系玄武组上段斑状玄武岩、杏仁状玄武岩 松散岩类孔隙水 水量中等 单井涌水量 吨/月 碳酸盐岩类裂隙溶洞水 泉流量 升/秒 地下径流模数 升/秒.平方公里 碳酸盐岩夹碎宵岩裂隙溶洞水 大泉暗河流量 升/秒 地下径流模数 升/秒.平方公里 基岩裂隙水 泉流量 升/秒 地下径流模数 升/秒.平方公里 基岩裂隙水泉流量 升/秒 地下径流模数 升/秒.平方公里 地下水流向 地质界线 实测断层 推测断层 产状 工作区 高密度电法测量 方法选择根据该场地的电性特征及工作目的 拟解决的地质问题 采用高密度电阻率法及电测深方法 布极方式采用温纳装置 该方法属于电阻率法范畴 是电测深与电剖面的结合 其观测点密度大 可较详细探测水平和垂直方向电性变化的一种电学方法 应用于工程地质勘查(地基基岩界面、岩溶、基岩断裂构造、覆盖层厚度、滑坡体滑移面等探测)等方面 在该区选择高密度电阻率法 寻找岩溶、构造划分覆盖层厚度是比较有效的图 高密度电法原理图.勘探方法及基本工作原理高密度电阻率法是一种阵列式勘探方法 地面电极一次性布设完成 并统一进行数据观测 数据实现了自动化或半自动化的采集 提高了工作效率 其基本工作原理与常规电阻率法大体相同 它是以岩土体的电性差异为基础的一种电探方法 根据在施加电场作用下地层传导电流的分布规律 推断地下具有不同电阻率的地质体的赋存情况 其原理是地下介质间导电性差异 与常规电法一样通过、电极向地下供电流 然后在、极之间测量电位差 从而可求得该点(、之间)的视电阻率(图)根据实测的视电阻率剖面计算、分析 获得地下的视电阻率分布情况 通过对视电阻率分布规律分析寻找地质目标体高密度电阻率法数据采集系统由主机、多路电极转换器、电极系组成 多路电极转换器通过电缆控制电极系各电极供电与测量状态 主机通过通讯电缆、供电电缆向多路电极转换器发出指令、向电极供电并接收、存贮测量数据云 南 地 质 卷 野外工作方法技术场地内共布设高密度剖面 条 其中垃圾坝坝址(号剖面)及过滤液调节池坝址(号剖面)剖面长均为 垃圾坝北侧剖面长 点距 根电极 为一个排列 观测 层 剖面线编号从北向南 由小到大进行编号 点号从西向东由小到大进行 编号以起点为 以点距的倍数进行编号(图)即:、等 野外编号为、/、/、/、其中:分子表示点号 分母表示剖面编号图 物探线布置平面图.工作采用重庆奔腾数控技术研究所生产的 多功能数字直流激电仪和 多路电极转换器 野外观测示意图(图)该系统支持 种测量装置 本次测量断面采用 排列(温纳装置)用于固定断面测量 测量某剖面 时 相邻电极保持极距.每测量完一点向前移动一个基本点距 直至 极为最后一个电极止 剖面上测点数随削面号增大而减少 其断面上测点呈倒梯形图 高密度电阻率测量系统野外工作示意图.分布 实结电极数为 观测剖面数为 测试时 主机通过 串口控制和 多路电极转换备 按工作电极排列要求将、极与电极 中指定电极轮流相接 完成供电与测量任务 测试时 为一个电极间距、逐点同时向右移动 得到第一条剖面线 接着、增大一个电极间距、逐点同时向右移动得到另一条剖面线 样不断扫描测量 得到倒梯形断面 资料整理首先对测量数据检查 对个别明显不符合变化规律的数据进行内插平均或删除 然后将数据进行极距转换:最后将数据格式转换成 格式 应用 软件对数据进行网格化并制成视电阻率 断面等值图 用基于圆滑 第 期杨波等 高密度电法在滇西岩溶工程勘探中的应用约束最小二乘法()的 高密度电阻率二维反演软件进行反演 成果分析()号剖面:以走向 布设 由粘土、灰岩组成 上层粘土含水量不一致 视电阻率差异较大 下层为三迭系中统北街组下段灰岩 据反演图在靠近地面区域 反演电阻率小于 异常解释结合现场地质特征 号点附近推测存在一条断裂破碎带 号点低阻异常推测由埋深 左右溶洞或溶蚀区引起 其间被软土、粘上或水所充填(图)()号剖面:以 方向布设 由粘土、灰岩组成 上层粘土含水量不致 视电阻率差异较大小号点段覆土厚度较大 下层三迭系中统北衙组下段灰岩岩溶溶蚀发育 据反演图在靠近地面区域 反演电阻率小于 异常解释结合现场地质特征 号点附近推测存在一条断裂破碎带 号点低阻异常推测由断裂破碎带或局部岩溶溶蚀区引起 其间被软土、粘土或水所充填(图)钻孔验证 验证钻孔布设为验证 号剖面和 号剖面测线中存在的低阻异常 结合场地勘察工作 在 号和 号剖面位置分别布设勘探验证钻孔 图、图 岩土特性及分析场区经钻探揭露 各岩(土)层工程地质及物理力学特征自上而下分述如下:()第四系全新统残坡积():粘土():褐红色、紫红色 稍密 可塑状 稍湿 夹不均匀微量有机质 局部含风化岩碎石 胶结性好 厚 平均厚 中等压缩性土 零星分布 厚度变化大 碎石():褐黄色、灰色 密实 可塑硬塑状 稍湿湿夹风化岩碎块石约 不均匀 粒径大小不等 成分主要为泥质灰岩 层底深度 层顶深度 厚 平均厚 含风化岩多的地段强度稍高()中三迭系北衙组下段()根据钻探揭露其岩体风化程度及物理力学性质分为二个风化带:云 南 地 质 卷强风化泥质灰岩:灰浅灰色 岩石结构大部分已被破坏 呈碎块状及角砾状 风化裂隙发育 裂面含有大量次生泥质 场区均有分布 其中:强风化泥质粉砂岩:褐黄黄色 呈碎石状及土状 风化裂隙发育 裂面含有大量次生粉质粘土 场区零星分布 埋深 厚度 平均厚 中等风化泥质灰岩:灰深灰色 岩石原始结构清楚完整 但风化裂隙发育 裂隙面风化剧烈 裂面有少量泥质充填 场区均有分布 值 埋深 厚 平均厚 钻孔结果解析通过钻探验证 两个钻孔近地表部分表现为风化粘土层及碎石土层 棱角明显 中下部为中风化泥质灰岩 残留岩石原生构造 局部泥质或铁质胶结 该区段岩溶发育 存在充填型溶洞 多含碎石粘土充填 下部基岩为灰岩 岩石完整 裂隙不发育 物探异常验证钻孔中未见构造碎裂岩、构造角砾岩、断面和岩石变形等断裂构造迹象 推断该异常为不整合面上部风化壳引起 通过勘探结果与高密度电法反演结果对比分析 勘探钻孔异常结果与高密度电法反演结果基本一致 结 论()高密度电法能较直观、形象的反映断面电性异常特征 特别是灰岩分布区了解溶洞土洞等发育及分布情况 具有较好的效果 可以指导钻孔布置 提高钻孔质量 同时钻孔地质资料也对高密度电法解释成果相互佐证 高密度电法对岩溶空间发育给予较好解释()在地质背景复杂 存在电阻率差异小的地区 高密度电法还可以结合其它物探方法及钻探手段提高地质解析成果()钻探结果与高密度电法反演结果基本一致 说明了高密度电法在浅层勘探中的良好效果 为今后的高密度工作提供依据参 考 文 献 吕玉增 阮百尧.高密度电法工作中的几个问题研究.工程地球物理学报 ():.夏凡 等.高密度电法在河北某垃圾场污染调查中的应用分析.地下水 ():.徐飞印 谢鹏.高密度电法在某废弃物填埋场探测中的应用.辽宁省交通高等专科学校学报 ():.黄彪 朱源婷.高密度电法在武汉市生活垃圾填埋场的环境调查.贵州地质 ():.夏群 等.基于电阻率综合测试的污染场地快速诊断方法研究.上海国土资源 ():.陈峰.高密度电法在污染场地调查中的应用研究.环境与发展 ():.徐子东 等.武汉某回填土堆场高密度电法污染调查研究.工程地球物理学报 ():.第 期杨波等 高密度电法在滇西岩溶工程勘探中的应用 周正茂.岩溶塌陷勘察中高密度电法技术的应用分析.中国新技术新产品 ():.叶唐进.高密度电法在云桂线铁路岩溶路基勘察中的应用.四川建筑 ():.(.):.:云 南 地 质 卷