电阻率物探法在工程地质勘察中的应用

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　　摘要：地层中岩石和土层的物质组成不尽相同，其导电性差异普遍存在，因而，应用电阻率进行地质勘察，是工程地质勘察中的手段之一。本文结合唐山LNG项目接收站储罐区新增罐部分场地地质勘察工作，对电阻率物探法进行了简要的论述，指出在工程地质勘察中，物探和钻探相结合的勘察方法不但是非常必要的，而且在技术、经济和时效各方面都可达到理想的效果。
　　关键词： 物探；钻探；电阻率法；地质勘察；效果评价
　　中图分类号： 文献标识码： 文章编号：
　　The application in project geology investigation of physical prospecting method of the electrical resistivity
　　LIWei Liu Yunfeng
　　（Hebei Research institute of Construction & Geotechnical investigation Co., Ltd, Shijiazhuang, Hebei 050031）
　　Abstract: The stratum rock and material in the soil layer make up not the same, its difference of electric conductivity generally exist, therefore, employ the resistivity to carry on geological prospecting, it is one of the important means in project geology is reconnoitered. This text combine project receiving station LNG of Tangshan, store tank field newly-increased pot some field geology investigation and work, carry on the brief argumentation to the physical prospecting law of the resistivity, point out it in project geology is investigated, the reconnaissance method that physical prospecting combines with drilling is not only very essential, and can reach the ideal result in technology, economy and time different aspect.
　　Key word: geophysical prospecting; drilling; method of the electrical resistivity; geological investigation; effectiveness evaluation
　　
　　1引言
　　目前，随着我国经济建设的迅速发展，工程建设也日益加快，与此同时对工程地质勘察的要求亦越来越高。工程地质勘察是整个工程最基本的工作，也是工程成败的先决条件。工程地质勘察一般时间短、任务重且突击性强，若勘探前没有综合周密的计划，等发现问题时野外勘察工作已基本完成，若重新补充勘探工作事必会事倍功半[1～2]。
　　钻探取样、标准贯入试验、动力触探、双桥静力触探等都属于传统的工程地质勘察手段[3]，这些常规方法均有各自的局限性和适应范围，若单纯采用某一种勘察手段很难达到勘察的目的。
　　基于以上原因，采用电阻率结合其它勘察手段进行工程地质勘察逐渐成为工程地质勘察中的重要方法之一。本文结合实际工程，提出了电阻率在工程地质勘察中的应用，并对电阻率地质勘察的基本原理进行了简要的阐述，指出在单一钻探勘察方法很难确定地层分布规律的地层中，采用电阻率物探法进行地质勘探的必要性和可靠性。两者相互补充可以达到很好的勘察效果，从而为设计施工提供充分而又可靠的依据。
　　2电阻率物探法
　　2.1电阻率物探法基本原理
　　电阻率法是一种非常重要的物探方法，是以岩土介质的导电性差异为基础、通过观测和研究人工建立的地中稳定电流场的分布规律从而来解决某些工程地质问题的目的[4]。工程实际应用中，利用相适应的仪器测量、接收工作区域的岩土体电阻率在地层深处的变化，并应用有效的处理方法从中提取出需要的信息，并根据岩土体或构造和围岩的物性差异，结合地质条件进行分析，做出地质解释，推断探测对象在地下的位置、大小范围和产状，以及反映相应物性特征的物理量等，做出相应的解释推断。
　　2.2电阻率物探法的特点
　　（1）土体的电阻率取决于土体的孔隙率、孔隙形状、孔隙液中液体电阻率、饱和度、含水率、固体颗粒成分、形状、定向性、胶结状态等[4]。
　　（2）土体电阻率随深度变化可以反映出土的许多性状，诸如宏观物理力学特性、成分和微观结构特征[5]。
　　（3）在电阻率法中，为了探测地下地质对象的存在与分布，首先要在地下半空间中建立人工电流场，然后研究由于地质现象的存在所产生的电场的变化，从而达到探测地层性质的目的。
　　（4）根据正演理论对野外实测曲线进行分析，从而获得所研究地质现象的分布状况的有关信息，这一过程称为反演，正演的结果是唯一的，而反演的结果则是多解的。
　　3工程实例
　　3.1工程概况
　　唐山LNG项目接收站工程主要由工艺系统、辅助生产系统和公用工程系统组成，包括8座储存容积为16万立方米的LNG全包容储罐及其配套的接收、储存、加压和气化输出设施，以及相关的建构筑物等。
　　3.2场地地形地貌
　　拟建场区位于渤海湾北岸的唐山曹妃甸18+附近，北距唐山市约80km，东北距京唐港约61km，西距天津新港约70km，海陆交通便捷。曹妃甸位于滦河三角洲平原海岸，具有双重岸线的特征，其中内侧大陆岸线为沿滦河古三角洲前沿发育的冲、海积平原；外侧岛屿岸线与大陆岸线走向基本一致，为沙质海滩，其南段的曹妃甸沙岛由12个小沙岛组成，西南段最大，高程3m（当地理论最低潮面起算，下同）左右，内外岸线间为宽阔的浅水泻湖。曹妃甸沙岛位居渤海湾北岸岸线转折处，尤如矶头和岬角，紧贴渤海湾-20~-30m深槽。
　　拟建港区后方位于滨海浅滩之上，北接古滦河三角洲的前缘，由北向南跨越滨海浅滩、浅水泻湖二个地貌单元，南接曹妃甸沙岛。
　　3.3场地地层
　　根据有关资料及本次勘察揭露，整个场地内覆盖层主要由第四系地层构成，在勘察深度范围内主要为第四系海相地层（上覆填土层），根据其时代成因、岩性及物理力学性质，自上而下分为10层，分别简述如下：
　　①层吹填砂（Q4m）：浅灰～灰褐色，稍湿～饱和，一般松散。成份较单一，主要为细砂，颗粒级配差，砂质较均匀，为新近吹填海砂。统计标准贯入试验80次，实测值为3.0～19.0击，平均8.9击。
　　②层细砂（Q4m）：浅灰～灰褐色，饱和，稍密～中密。统计标准贯入试验71次，实测值为12~40.0击，平均24.6击。

　　③层细砂（Q4m）：浅灰色、灰色，饱和，密实，局部夹薄层粉质粘土。统计标准贯入试验46次，实测值为28.0～68.0击，平均50.5击。
　　④层细砂（Q4m）：浅灰色、灰色，饱和，密实。统计标准贯入试验45次，实测值为54.0~94.0击，平均71.6击。
　　⑤层粉质粘土（Q4m）：浅灰～黑灰色，一般软塑～可塑状态，局部流塑。切口光滑，干强度、韧性较高。该层土质不均匀，局部为粉土。属中压缩性土。统计标准贯入试验23次，实测值为10.0~34.0击，平均20.7击。该层局部夹细砂，划为⑥1层。
　　⑤1层细砂（Q4m）：浅灰色，饱和，密实。标准贯入试验1次，击数60.0击。
　　⑥层细砂（Q3mc）：浅灰色、灰色，饱和，密实。统计标准贯入试验9次，实测值为53.0~79.0击，平均66.5击。
　　⑦层粉土（Q3mc）：浅灰～灰色，湿～很湿，中密～密实。属中压缩性土。该层土质不均匀，局部为粉质粘土，且该层粉土与细砂多以互层分布。统计标准贯入试验27次，实测值为20.0~71.0击，平均40.3击。该层局部为细砂，划为⑧1层。
　　⑦1层细砂（Q3mc）：浅灰色、灰色，饱和，一般密实。统计标准贯入试验11次，实测值为39.0~125.0击，平均76.7击。
　　⑧层粉质粘土（Q3mc）：浅灰～黑灰色，一般软塑～可塑状态，局部流塑。切口光滑，干强度、韧性较高。该层土质不均匀，局部为粉土。属中压缩性土。统计标准贯入试验12次，实测值为27.0～46.0击，平均37.0击。该层局部夹细砂，划为⑨1层。
　　⑧1层细砂（Q3mc）：浅灰色、灰色，饱和，密实。统计标准贯入试验3次，平均84.3击。
　　⑨层细砂（Q3mc）：浅灰色、灰色，饱和，密实。统计标准贯入试验9次，实测值为60.0～150.0击，平均107.5击。
　　⑩层粉质粘土（Q3mc）：浅灰～灰色，可塑～硬塑状态，切口光滑，干强度、韧性较高。属中压缩性土。该层土不均匀，局部为粉土。统计标准贯入试验3次，平均40.6击。
　　本次勘探中仅002#钻孔揭露出第11层土，该层为细砂（Q3mc）：浅灰色，饱和，密实。
　　4电阻率地质勘察
　　4.1电阻率测试
　　本工程采用DZD-6多功能直流电法仪进行土体电阻率测试，该仪器采用全数字化自动测量，可对自然电位、漂移及电极极化进行自动补偿。采用大屏幕液晶汉字显示，可直接显示九种电极排列方式；键盘直接输入布极参数；当某测点测完后可直接显示电阻率曲线、视极化率曲线、半衰时曲线等，操作简单，工作效率较高。
　　本场地勘察采用对称四级电测深法在罐区的中心进行了土体电阻率测试，单点测试深度为40.0m。在测深40.0m范围内地基土的电阻率及测深曲线见图1~5。
　　
　　图1 D1点对称四极电测深曲线
　　Fig 1 Resistivity sounding curve of D1 symmetrical four cable
　　
　　图2 D2点对称四极电测深曲线
　　Fig 2 Resistivity sounding curve of D2 symmetrical four cable
　　
　　图3 D3点对称四极电测深曲线
　　Fig 3 Resistivity sounding curve of D3 symmetrical four cable
　　
　　图4 D4点对称四极电测深曲线
　　Fig 4 Resistivity sounding curve of D4 symmetrical four cable
　　
　　图5 D4点对称四极电测深曲线
　　Fig 5 Resistivity sounding curve of D5 symmetrical four cable
　　本工程电阻率测试表明，地表下一定深度范围内（一般地表下2.0m）测试数据离散性较大，主要原因为地表下浅部地层为吹填砂，其密实度、含水量等不尽相同（尤其场区水位一般分布在地表下2.0~3.0 m），上述自然条件直接影响试验数据的采集，使得个别数据离散性较大。在4m以下电阻率值明显减小，电阻率值无异常反应，说明地下一定范围内无异常物存在，地层情况较稳定，根据工程经验，该现象属于本场地电阻率测试的正常现象。
　　4.2物探和钻探成果对比分析
　　本次勘察在钻孔中测得地下水稳定水位埋深为2.6～4.2m，在电测深曲线中在4m以下电阻值明显减小，与实际相符；拟建场区的地层结构虽然较复杂，钻进难度较大，花费的时间较长，但从地层情况看出多为砂层和粉土层，无较大电阻值层和地下埋藏物，这一点从电测深曲线中也可以看出，电测深曲线减小趋势明显但无异常值出现。同钻探工作相比物探工作场地要求低、周期短、耗资小、效果直观[6]，且采用物探技术可初步测出土层的整个剖面。因此钻探和物探相结合，既经济高效又可以精确地反映实际地质情况[7]。
　　5结语
　　（1）土的电阻率作为土的固有物性参数之一，是反映土体特性的一个综合性指标，且受到许多因素的影响，一般地，土的电阻率随其孔隙率、饱和度和温度的增加而降低。
　　（2）对钻探难度较大的场地，采用物探法进行地质勘察，不仅速度快、测点密度大、成本相对较低等优势，但作为一种间接的勘探手段 , 其结果的解释又具有多解性 , 需要利用直接勘探手段 , 诸如钻探、井探等加以验证 , 才能提出符合实际的解释结果。
　　
　　参考文献
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　　[2]杨迎晓，朱向荣.岩土工程勘察的功能分析与评价[J].岩土工程界，2002，5（6）：17~19.
　　[3]罗伟峰.物探成果在工程地质勘察中的正确应用[J].黑龙江水利科技，2005，33（5）：68~69.
　　[4]傅良魁. 电法勘探教程[M].北京：地质出版社，1983.
　　[5]蔡国军，刘松玉，邵光辉等.基于电阻率静力触探的海相黏土成因特性分析[J].岩土工程学报，2008，30（4）：529~532.
　　[6]赵文星.综合勘探在隧道工程地质勘察中的应用[J].铁道勘察，2007，第3期：92~94.
　　[7]蔡国军，刘松玉，童立元等.电阻率静力触探测试技术与分析[J]. 岩石力学与工程学报，2007，26（增1）：3127~3133.
　　
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