跨孔超高密度电阻率法在花岗岩球状风化体勘探中的试验研究

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1、跨孔超高密度电阻率法在花岗岩球状风化体勘探中的试验研究摘要：跨孔超高密度电阻率法是一种全新的电法勘探理念，在两钻孔中一次布极，采集任意组合电极间的电位信息，一个小时内能采集数万条数据，在城市中采用跨孔观测能避开近地表干扰，提高数据信噪比，数据预处理后利用2.5维反演技术计算断面真电阻率数值。本文就一揭露的孤石进行跨孔超高密度电阻率试验，试验结果表明该法对孤石发育位置勘探结果理想，能满足地质超前预报需要，勘探精度随孔深和孔间距的比例系数增大而提高，结合试验过程总结该方法应用中应注意事项和发展方向。关键字：超高密度电阻率孤石跨孔轨道交通1.

2、概述盾构法隧道施工具有自动化程度高、工作效率高、安装性强、受地面环境限制小、较少破坏地面人文自然景观等优点，是城市轨道交通区间建设最常用施工方法之一[1]。花岗岩地区由于风化不均匀，在其全、强风化残积层中发育有未风化或轻微风化球状体（即：孤石），其硬度、抗压强度等项优良物理力学指标，且大小、规模、分布随机且隐蔽。孤石的存在严重影响隧道盾构法施工，如盾构过程中遇到孤石，盾构机刀盘严重磨损甚至损坏，使其推进困难，后期处理经济投入大，处理工期长。如果能在盾构机通过之前查明孤石分布范围，提前清除孤石障碍[2]，可确保工程顺利进行，减少不必要的损

3、失，因此在花岗岩地区研究孤石的探测技术很有必要。分析孤石与围岩介质的电阻率特征，全、强风化花岗岩残积层由裂隙水充填，电法勘探中视电阻率表现非常低，而孤石无节理裂隙发育，视电阻率较高[3]。较大的电阻率差异，为孤石的超高密度电阻率法勘探提供良好的物性基础。此次针对实际地质模型设计不同的跨孔勘探方案，旨在验证该方法在特定地区对孤石分布范围勘探的准确度，总结勘探经验为以后类似工程勘探提供方案设计参数和技术要求。2.超高密度电阻率法超高密度电阻率法是高密度电阻率法的一种技术改进[4]，其方法原理同高密度电阻率法，都以介质电性差异为应用基础，通过

4、研究与电性有关的人工直流电场分布规律，达到勘探地质构造和寻找矿产资源的地球物理勘探方法[5]。高密度电阻率法综合利用常规电阻率法几种不同装置联合勘探，丰富对勘探目标体的观测方式，通过一次布极，计算机程序化控制电极变换，优化数据采集方式，从本质上提高了电法勘探精度和工作效率；但现有高密度电阻率法采集系统，受装置程式化模式限制，未能充分利用电极阵的优点，往往只测一种或几种装置，电极利用率低，采集数据量有限，数据处理未能实现真正联合反演，从而勘探精度有限[6-7]；超高密度电阻率法打破常规高密度电阻率法数据采集模式，对布设电极全组合采集数据，

5、包括传统装置和非对称新型装置，综合利用多通道、自动化和智能化技术，大大提高数据采集量，弥补了高密度电阻率法勘探数据采集量不足和装置类型不全面性[8-9]；数据处理采用现代化2.5维电法反演技术。由于采集的数据装置类型丰富、数量大，通过联合反演一方面加大了对异常体的观测次数和观测角度，消除随机干扰造成的误差，另一方面勘探区域有限元网格剖分可以足够小，提高对异常体的分辨率。2.1工作方式城市工程物探因受地表条件、金属管线和居民工业用电等干扰，导致电法勘探精度降低，而井中物探优点不但尽量避开这些干扰因素，且人工激发或自然地球物理场更接近勘探目

6、的层，测量数据有效反映异常体信息，提高了原始数据信噪比，反演数据更准确，提高了勘探精度。本科研课题试验拟采用跨孔观测方式。跨孔超高密度电阻率法是在两钻孔中分别放入一定数量的电极，观测两孔间电流、电压数据，通过反演获得两井间电阻率分布断面图，分析不同岩土介质与电阻率之间的对应关系，进行地质信息解译，进而达到工程勘探目的。参与采集的电极数和电极距由勘探精度和目标体发育规模设定，电极通过多芯电缆连接至地面仪器，并连续编码，两孔电极形成孔间电极阵如下图1所示。图1跨孔超高密度电阻率法工作示意图数据采集时把电极阵分成偶数组和奇数组，供电电极奇-偶

7、配对全组合，测量电极任意组合，电极变换过程如下图2所示：a)确定供电电极AB：选定A为奇数组（1＃，3＃，5＃……39＃），B为偶数组（2＃，4＃，6＃……40＃）；a)固定电极A为1＃电极，在偶数组变换B电极，顺序从2＃，4＃，6＃……至40＃，当B电极选定后，在AB附近（最好在AB间的中部）选定一接地条件良好电极作为M极，剩余电极作为N极，组成多个MN测量电极同时进行数据采集；b)变换A为3＃电极，电极B和测量电极MN选定方式如上步（b）；c)继续在奇数组递增A极，直至奇数组最大，每次变换后按照（b）步测量。……a.A为1#B为2#

8、b.A为1#B在偶数组变换c.A在奇数组变换B为最后一电极M为3#N为所有剩余电极M为AB中间一电极N为剩余电极M为AB中间一电极N为所有剩余图2跨孔超高密度电阻率法数据采集电极变换过程超高密度电阻率法系统