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微分电测深法推出15年来的发展与应用效果

作者:佚名 日期:2013年09月16日 来源:本站原创 浏览:

1. 前言

微分电测深法自作者1991年推出之后,引起了许多同行的注意。但许多同行对它的实际应用效果也提出了一些疑问。

微分电测深的出现,是由于实际勘查工作的需要。1991年,作者在山西古交煤矿作开采巷道中作下一层煤(隔槽煤)的探查时,为了与陆地声纳法配合,考虑用电测深方法。但在巷道中电测深法探查精度不够,又处于从半空间向全空间过渡的状态需要作深入的理论研究。同时巷道中有八角叉有呈直角交叉的巷道,有可能采用L型的布极方式。作者之前有较多的五极纵轴电测深的实践,因此考虑演化为不对称布极的微分电测深的装置形式。再者,在山区工作,普通电测深法有甚大的地形影响。特别在河谷、陡崖边、起伏大的山地,常规电测深法的地形校正太困难。微分电测深法的装置形式,可以,允许在AB范围内复杂变化的地形不作更多的考虑;对MN布置在沟谷中顺沟谷或陡崖边顺陡崖壁方向亦可不严重影响探查结果。

电测深曲线的纵坐标为   ,横坐标为算术座标系(等差座标)表示的深度,AM可以很密的测点距离变化。其分辨率和勘查精度几乎等于电极距的变化差值,电测深曲线上的M每一个转折点即为深度的分界点。在AB方向地形的起伏可不必校正它是以MN垂直AB布置,并固定AB,MN同步垂直AB电极的方式测量,AM为记录道,AM为测点距。

2. 实际应用的实践

1991年10月,在古交矿务局朔里矿的第一次实测,在探测30m的情况下,很好地划分了煤层和其围岩的界面,甚至对煤层中间厚度仅不到20cm 的夹矸也清楚地反映出来。

随后的物理模拟试验证实了,在非无限大平面和层面上,微分电测深方法和结果的正确性,模拟试验是用土和混凝土板制作的,模型长、宽>2AB。

1991年年底作者在淮北矿务局           巷井中作的微分电测深,进一步掌握了这种方法的特点。

随后,在北京故宫博物馆内,用微分电测深探查太和殿、保和殿三台地面下模筑的结构,电测深曲线清晰地反映了土——砖——土———砖层的结构,并分辨出厚2层砖(10cm)以上的各层。最大探测19m,此结果经钻探的证实。在太和殿尚丹  、太和门南丹   、万寿门南丹   和乾清宫丹台(探深10m左右)探测基础状况的工作中,经过20余钻孔钻探验证,其分辨率和探查精度在10~20cm。在探测午门,东华门神武门的基础状况的工作中,也得到很好的结果。

在淮河边鲁宁输油管道变线穿越淮河段地质勘查中(最大探深20m)准确地确定了地下厚0.5m~1m的古房倒塌后的砖基础遗迹,并经钻探验证。

在三峡工程的茅坪溪隧道口陡边坡上方,用微分电测深法探查大的节理及10cm左右厚的强风化层,取得成功,(探深8~10m),并经地质人员攀下垂直边坡测验证实。

这些工作,证实了微分电测深法极高的分辨率。但,它能否探查更深的薄层?90年代中及20世纪初又作了大量的实践。

3. 探测较深目的层的实践及对地形影响的判定

1997年在胜利油田,为配合陆地声纳法探查30m以浅的砂层、黏土层,用微分电测深配合工作,微分电测深分辨出了厚0.4m的薄层,通过钻孔验证,各层的深度二者相差0.4m的以内。

此后,一方面通过中南工大研究生的工作,在数值模拟的方面进一步探讨微分电测深的各种问题。另一方面在实际应用中,探查其最佳的探测深度及地形影响问题。

1999年,为配合陆地声纳法在崎岖山区为石油地震反射法测取浅层静较参数,用微分电测深配合工作,作强风化带、中风化带、弱风化带及完好基岩的分层,最大探测深度为约70m,并经钻探验证。这次工作,有意将AB布置在地形起伏段,MN沿等高线;或AB顺山坡,MN在山谷中,考察这种类型的地形影响,证明了这种影响不大。但MN方向上的微地形影响大。

在北京奥运公园附近,探查第四系主要层界面和基岩埋深时,用微分电测深探查了110 m深的基岩,并能分辨1~2m厚的第四系层(2003年)

在舟山令增大桥的几个岛上,用微分电测深探查风化层分层和地下水面。与验证钻孔相比,层面的深度差为0.5m(一个极距),最大探测深度为80m。

4. 其它方面的应用

为进一步开发微分电测深的应用,作者于2002年以后,又在其它探查目标方面作了应用。如:

4.1 探查土洞和溶洞顶底界

     如在广州新白云国际机场探查土洞和溶洞。可清晰地探查出土洞(土中的充填了淤泥质物的空洞的顶底界,溶洞的顶底界。所探查的溶洞在埋深约30m范围内,其直径(上下底距)最小为1.5m。

4.2 探查溶洞中的注浆情况

探查溶洞中注浆充填前、后在同点探测,两次探查结果的溶洞顶底界的深度相等,但溶洞中的介质电阻率则有明显的变化,其中填入了水泥砂浆者电阻率明显上升,而未填充满的部分,则电阻率无明显变化,探测深度的精度为0.2~0.3m(一个极距)。

4.3 混凝土厚度和无损检测

     由于微分电测深的探测精度高,故用于混凝土层的厚度检测是合理的。作者在隧道衬砌厚度检测中,用它作为定点确定衬砌厚度的代替钻孔大量取得很好的效果。在厚0.45~1m的衬砌探查和1.5~2.7m的空洞回填深度探查中,以0.25m的精度很好地给出了深度。

在混凝土楼板检测中,对10cm~20cm厚的楼板,可以以4mm的精度给出楼板的实际厚度。

5.关于被测介质水平延伸条件的讨论

正演研究表明,微分电测深的适用于有限大小物体的探测。在实践中,在浅层探查时探测平面层面、溶洞等都有很好的效果。作者认为,在浅层物探中,不存在水平分享无限大的平面或层。第四系层,由于沉积和相变,沿水平方向的电阻率不可能时连续的;在浅部的岩层,也必然存褶皱、断裂等不连续面,因此,对浅层物探来说,沿水平方向参数的渐变和不连续是绝对的。这不单是电阻率法应对的问题。

 

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