高密度电法在供水工程场地塌陷区勘探中的应用

朱化田 （合肥供水集团，安徽 合肥 230001）

高密度电法在供水工程场地塌陷区勘探中的应用

朱化田 （合肥供水集团，安徽 合肥 230001）

高密度电法作为一种物探手段，具有效率高、无损伤、探测深度大、可靠性高等特点，在工程勘察中发挥着重要的作用。文章主要介绍高密度电法在供水工程场地塌陷勘探中的应用，探测结果可查明塌陷区的范围及规模，为后期的加固处理提供科学指导依据。

高密度电法；岩土勘察；塌陷区；温纳装置

近年来，物探因轻便、快速、经济等特点，在复杂工程场址的勘察中得到广泛应用，根据不同的地质特征，合理选择不同的物探方法，可解决相应的工程地质问题。目前探测塌陷区的地球物理手段主要包括高密度电法、瑞雷面波法、探地雷达法、放射性法、瞬变电磁感应技术、地震勘探技术等，不同的地球物理方法各有优缺点。地下塌陷区的地球物理性质明确，与周边岩土体存在着物性差异，如电阻率、速度差异等物性差异。高密度电法利用塌陷区与围岩的电性差异，能够探测出塌陷区的位置、大致规模、埋深等。笔者运用高密度电法在某供水工程长江取水口部位进行探测，其目的是查明塌陷区的范围及规模，取得了较好的效果。

高密度电法测量系统，单个排列最多可打120根电极，有9种不同的测量装置可供选择。在塌陷或孔洞区调查中，温纳装置效果是最好的。温纳装置是不同深度的对称四极剖面装置，点距可根据勘探深度和密度需要自由选取，本次工作我们选取点距2m。AM、MN、NB等间距，平行地面方向对地层扫描1次，数据存储1层，以后每增大1个点距，重复扫描1层，数据分层存储1次，扫描深度由浅到深，适合固定断面扫描。它的电极排列规律是：A、M、N、B（其中A、B是供电电极，M、N是测量电极），AM=MN=NB为一个电极间距，随着间隔系数n由nmin逐渐增大到nmax，4个电极之间的间距也均匀拉开。该装置适用于固定断面扫描测量，其特点是测量断面为倒梯形，电极排列见图1。

图1 温纳装置电极排列示意图

上述排列模式采集的数据量较大，能得到一个倒梯形的测深剖面，而且深部的分辨率也较高。现场实测的数据可采用专用的分析软件（Res2dinv）进行分析处理，先进行突变点剔除工作，再根据需要，进行数据圆滑处理和地形改正，最后通过反演计算，可得到反映地层电性特征的电阻率剖面图。

安徽某地供水工程取水口紧邻长江外护堤约40m，进行取水顶管的施工，施工场地由于场地为长江河漫滩及一级阶地上，土质为粉质粘土和细砂。由于顶管施工过程中，其施工工艺为喷水旋转，细砂层和粉质粘土层强度和稳定性降低，产生流沙现象，最后发展到该处长江外护堤的局部塌陷，影响了长江外护堤的安全。为了确保长江外护堤安全渡汛，保护堤内的生产安全，加固处理之前需要查清塌陷区的范围及规模。

场地岩土工程勘察报告显示场地地层简单，一般情况下物性较均匀，当地层受到外界扰动后，强度和均匀性被破坏，扰动和塌陷区的地层视电阻率与原地层的视电阻率产生差异，对于区分原始地层和被扰动及塌陷区有利。

由于该区地下水位较高，根据以往工作经验，扰动地层与塌陷区在位于潜水面以下时常充填软塑—流塑状粉质粘土或水，与原始地层的物性差异明显。可见，本区具备用高密度电法探测扰动地层与塌陷区的地球物理前提条件，说明选取该方案进行探测是可行的。

根据本次勘查的深度及目标体规模，本次物探勘查采用高密度电法的温纳装置（WN），共布置剖面5条，各测线长90m，线距6m～12m，各剖面电极数为45根，电极间距1.5m～2m，观测层数14层。其中发现低阻异常区有3条测线，高密度电法温纳装置剖面分别见图2～图4。

图2 2线高密度电法温纳装置剖面图

图2为2线高密度电法温纳装置剖面，该线走向近东西向，测线长度90.0m，电极距为2.0m，最大隔离系数为15。据图2可知，0.0～3.5m地层的视电阻率值一般为20.0Ω·m～50.0Ω·m，为耕填土与粉质粘土的反映；3.5m以下地层的视电阻率值一般为50.0Ω· m～150.0Ω·m，为细砂反映。在剖面水平位置34.0m～46.0m处，地层界面不连续，存在一低阻异常区，异常形态近似梯形。

图3 4线高密度电法温纳装置剖面图

图3为4线高密度电法温纳装置剖面图，该线位于2线南8.0m，测线走向近东西向，测线长度90.0m，电极距为2.0m，最大隔离系数为15。根据图3可知，0.0～4.0m地层的视电阻率值一般为15.0Ω·m～45.0Ω·m，为耕填土与粉质粘土的反映；4.0m以下地层的视电阻率值一般为50.0Ω·m～150.0Ω·m，为细砂反映。在剖面水平位置38.0m～50.0m处，地层界面不连续，存在一低阻异常区。

图4 6线高密度电法温纳装置剖面图

根据图4可知，0.0～1.5m地层的视电阻率值较高，为坝体表层较松散干燥引起；1.5m～4.0m地层的视电阻率值一般为15.0Ω·m～45.0Ω·m,为耕填土与粉质粘土的反映；4.0m以下地层的视电阻率值一般为50.0Ω·m～150.0Ω·m,为细砂反映。在剖面水平位置36.0m～50.0m处，地层界面不连续，存在一低阻异常区。

地球物理物探方法种类较多，应用领域越来越广，但在实际工作中不同种的物探方法都有其适用条件，要根据不同地质特征和勘察任务要求，采用不同的物探方法。本工程的勘查场地具备用高密度电法探测塌陷区的地球物理前提条件，因此选取高密度电法进行综合地球物理勘查效果良好，取得的数据可靠，达到预期目的。

[1]王兴泰.工程与环境物探新方法与新技术[M].北京：地质出版社，1996．

[2]李建华，黄立勇，田军.高密度电法在岩溶、采空区探测中的应用[J].土工基础，2007,21(3)：37-39.

[3]门业凯，杨义彪，席晓凤，等.基于高密度电阻率法的露天铁矿采空区探测的研究[J].工程地球物理学报，2010，7(2)：164-168.

TU195

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1007-7359（2016）05-0267-02

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.05.096