高密度电法在隧道勘察土石划分中的应用研究

2015-12-20刘岩波李九泉

西部探矿工程 2015年7期

关键词：断面图土石电法

刘岩波，周　韬，李九泉

（河南省煤田地质局物探测量队，河南郑州450009）

高密度电法在隧道勘察土石划分中的应用研究

刘岩波*，周韬，李九泉

（河南省煤田地质局物探测量队，河南郑州450009）

高密度电法被广泛应用于工程勘察领域，虽然勘探深度不大，但是该方法受干扰小，勘探精度高，在路基勘察、隧道勘察、煤田采空探测中广泛应用。高密度电法探测土石分界面是利用两种不同介质的导电性差异，结合地表已知出露情况，根据视电阻率的变化形态，推断界面的起伏变化。根据物探推断土石分界面埋深及形态，结合后期钻探资料，合理指导隧道工程施工。

高密度电法；土石分界面；隧道勘察

1　概述

高密度电阻率法是一种在方法技术上有较大进步的电阻率法，就其原理而言它与常规电阻率法完全相同[1]。该方法是集电测深法与电剖面法于一体的直流电法勘探方法[2]，采用阵列式方式观测，多电极高密度一次性布极并实现跑极和数据采集自动化，稳定性提高的前提下相对常规电阻率更为高效。高密度的反演目前工程应用中主要是二维反演，商用软件也比较多，目前使用最广泛的商业软件主要有Res2DINV和Res3DINV系列软件，AGI公司的Earthimage2D、Earthimage 3D系列软件等[3]。高密度电法有多种工作装置，工程中经常用到四极装置：α装置(温纳装置AMNB)、β装置(偶极装置ABMN)和γ装置(微分装置AMBN)，施伦贝尔装置；三极装置：AMN、MNB。

2　工程实例

2.1工程概况

高密度电法在公路、铁路隧道施工中广泛应用，是一种简单、高效、实用的物探方法。山西长治某地区某高速路段隧道施工过程中穿过山体与土石界面，为查明岩体与松散层分交界面以及断层、岩溶等不良地质现象，采用高密度电法手段对隧道施工段进行探测。工作区内出露地层主要有：第四系粘质黄土、粉质粘土、泥岩、砂岩及奥陶系灰岩。

2.2数据采集

工作装置的选择一般取决于施工场地开阔程度、地形起伏、探测任务及探测精度要求等诸多因素。结合本次探测工作区情况可知场地条件良好，勘探深度小于100m，可采用α装置施工，每个排列60电极，点距10m，结合探测深度选取隔离系数n=12。见图1。

图1　α装置示意图

2.3数据处理

野外采集过程中难免有各种不同因素造成的干扰，在正确的认识干扰原因的情况下，尽量消除干扰，优化数据。外业采集时难免有一些畸变数据，主要是因为电极接地条件造成，数据表现为与相邻测点比较呈突变型，畸变点需剔除。剔除畸变数据后可做数字滤波，以消除采集过程中随机干扰。见图2。

图2　滤波前后对比

2.4数据反演成果

高密度电法测量得到的数据是各个电极在不同位置时测得的视电阻率，还需要对数据进行反演，计算出地下视实电阻率并以图件形式显示，直观反映地下物质的电阻率变化[3]。本次反演计算采用RES2DINV高密度电法处理软件，其工作原理是采用平滑约束最小二乘法进行模型优化，利用采集后预处理的电阻率数据计算生成地电模型[4]。

图3　5000～5500段视电阻率断面图

图3为反演计算后获得的5000～5500视电阻率断面图，结合地表岩石出露情况以及视电阻率等值线的变化规律，选取30Ω·m等值线为界线大致作为土石分界面。实地采集时，5000点附近已接近基岩出露部位，推断该点土层相对较薄；断面图中视电阻率大于30Ω·m后等值线梯度变大，推断高梯度变化带应为土石界面的反映。图中黑色椭圆部位等值线变形弯曲，视电阻率值降低，推断该处有灰岩溶蚀或溶洞现象。

图4　5600～6200段视电阻率断面图

图4、图5分别为5600～6200段视电阻率断面图与该段推断地质剖面。由地面调查可知，在6060点处为地层界限，大号点方向灰岩出露，小号点方向黄土覆盖。断面图中白色实现为推断界面，根据高密度物探推断成果，在5800测点处设计验证钻孔一处，钻探结果显示在距地表深度23.5m处揭露灰岩，与物探推断界面误差约1m，钻探结果与物探推断成果吻合很好，物探成果可信度较高。