高密度电法和地质雷达在地质灾害治理中的应用.docx

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1、高密度电法和地质雷达在地质灾害治理中的应用摘要为了解决因南方暴雨造成水库水坝裂隙漏水的地质灾害, 通过高密度电法和地质雷达方法采集水坝地质信息，准确反映裂隙的 分布走向情况，为后期地质灾害治理提供依据。该方法在地质灾害调 查中具有良好的效果。关键词高密度电法、地质雷达、地质灾害治理中图分类号TN95 文献码B 文章编号1000-405X (2014) -1-203-10引言广东省镇隆镇长龙村田螺墩水库建设于20世纪80年代，是本地 村民的主要水源。由于该水库建设年代较久远，维修力度不够，且正 值雨季，雨量较大，水库坝体下方50米处出现漏水漏沙现象。勘探 目标坝体一半为山脊原状土，一半为人工填土

2、。漏水位置推测在原状 土与人工填土结合部分。为了查明引起水库坝体渗漏段位置、渗透范 围、危害程度，结合野外场地实际情况，采用高密度电法，与地质雷 达方法配合，获得了漏水坝体较详细的资料。为后期治理提供了依据。1工区概况及地球物理特征勘查区位于长龙村边的山坳中，三面环山，另一侧是村庄。漏水 坝体正对村庄。雨季雨量较大，水库内水位已经超越警卫线15cm。 坝体随着水位升高损坏更加严重。物探工作开展之前，已经用沙袋阻住漏水位置，防止坝体填土随水流失。为了避免发生严重事故，当地 相关部门采取积极措施治理灾害。当坝体发生漏水现象时，渗水段与周围坝体存在明显的电性差异。 坝体由山脊原状土和夯实土构成，由于

3、正值雨季，整个测区视电阻率 值偏低，山脊原状土和夯实土视电阻率值较高，约在103 Q - m左右， 当含水或充水时，视电阻率值一般在102。m左右；地下非均匀介 质存在介电常数与电导率的明显差异而构成了电磁波反射界面。当地 下介质均一性较好时，雷达反射波强度很弱，常为低幅高频细密波。 若地质体松动，受其影响土层均一性较差，出现强反射波组。渗水处 或充水处会形成和周围地质体的反射程度的强烈差别。因此可以根据 高密度电法和地质雷达方法找出坝体渗水段位置。2工作方法2. 1物探方法概述2. 1. 1高密度电法高密度电法是近年来快速发展起来的一种电法勘探新技术，其基 本原理与传统的电阻率法完全相同，不

4、同的是，高密度电法是一种阵 列勘探方法，也称自动电阻率系统，是直流电法的发展，其功能相当 于测深与电剖面的结合；测点密度大、使用的电极数量多，而且电极 之间可以根据排列装置不同自由组合，野外只需将全部电极置于测点 上，然后利用仪器可以实现数据的自动采集。高密度电阻率法是以岩土体导电性差异为基础，通过研究在人工 施加的电场作用下，地下传导电流的分布规律，揭示地层结构和其它 隐伏的地质现象。通过电极向地下供电，测量接收电极之间的电位差, 求得该测点的视电阻率值，从而推断解释地下地质结构。工作时，通 过高密度电法测量系统中的软件，控制着在同一条多芯电缆上布置连 结的多个（60120）电极，使其自动组

5、成多个垂向测深点或多个不 同深度的探测剖面，根据控制系统中选择的探测装置类型，对电极进 行相应的排列组合，按照测深点位置的排列顺序或探测剖面的深度顺 序，逐点或逐层探测，实现供电和测量电极的自动布点、自动跑极、 自动供电、自动观测、自动记录、自动计算、自动存储。通过数据传 输软件把探测系统中存储的探测数据调入计算机中，然后对实测的电 阻率剖面进行计算、分析、处理，形成视电阻率等值线断面图，即可 获得地层中的电阻率分布情况，快速而准确地获取丰富的地下信息。 这种方法原理简单，图像直观，是一种分辨率较高的物探方法。该方 法在工程与水文地质勘探和矿产、水利资源勘查中有着广泛的应用。2. 1.2地质雷

6、达地质雷达技术是一种高精度、连续无损、经济快速、图像直观的 探测手段，是用于确定地下介质分布的电磁波技术。地质雷达的基本 原理是，由发射天线辐射一个电磁脉冲，当遇到介质分界面或地下异 常体时，该电磁脉冲被反射回来，并被接收天线接收，该记录信号形 成一道类似于地震记录信号的图象。地质雷达主要由监视器（计算机）、控制单元、天线等组成，控 制单元是雷达的核心部分。对地质雷达来说，它的剖面横坐标是距离, 即探测剖面的地面位置；纵坐标是电磁波在介质中的双程走时，是时 间坐标。地质雷达系统主要由以下几部分组成：控制单元：控制单元是整个雷达系统的管理器，计算机（32 位处理器）对如何测量给出详细的指令。系统

7、由控制单元控制着发射 机和接收机，同时跟踪当前的位置和时间。发射机：发射机根据控制单元的指令，产生相应频率的电信号 并由发射天线将一定频率的电信号转换为电磁波信号向地下发射，其 中电磁信号主要能量集中于被研究的介质方向传播。接收机：接收机把接收天线接收到的电磁波信号转换成电信号 并以数字信息方式进行存贮。电源、光缆、通讯电缆、触发盒等辅助元件。地质雷达（Ground Penetrating Radar,简称GPR）依据电磁波 脉冲在地下传播的原理进行工作。发射天线将高频（106109Hz或 更高）的电磁波以宽带短脉冲形式送入地下，被地下介质（或埋藏物） 反射，然后由接收天线接收。2. 2工作布

8、置为了详细掌握渗水坝体位置的详细信息，根据测区内场地环境、 渗水段大致位置等实际情况，勘探深度设为15nl30nu高密度电法 共布设3条测线，仪器采用重庆地质仪器厂生产的DUK-2A高密度电 法仪，采用温纳装置，每次布置一个排列，每排列60个电极，并保 证60根铜电极与地面接触良好，采集的数据准确可靠，数据用系统 配套的处理软件编辑、地改、反演后制成剖面图。3条测线按照勘查 次序依次编号为DF1, DF2, DF3O其中DF1电极距1. 5米，排列长度 90m。DF2电极距1m,排列长度60mo DF3电极距2米,排列长度120 米。共270m。地质雷达仪器是瑞典产RAMAC/GPR地质雷达,

9、采用50MHz 非屏蔽超强地面耦合天线，点距0.5m。总测线长度为170m,测点数 为342点。采集后的数据利用reflexw处理软件，经过去零漂、调整 零值、增益恢复、去除背景、带通滤波、点平均等一系列数据处理后 形成雷达图像。2. 3成果与推断解释根据地球物理勘探调查成果，综合确定出水库坝体渗水路段位置。综合地质雷达和高密度电法勘探成果，勘查区内异常位置基本吻 合。高密度电法剖面上低阻异常与地质雷达剖面的异常区位置和深度 基本相同。此异常深度为测线位置以下的垂向深度。3结论通过地质雷达和高密度电法的探测工作，基本查明了水坝渗漏路 径及坝体受影响范围。物探探测成果中划分的异常区是包括渗漏路径 及坝体受影响范围。高密度电法能够较直观而形象的反映出测量断面电性异常的形 态，能够经济、有效的查明裂隙的位置和走向。地质雷达也能较精确 的反映出裂隙位置。高密度电法和地质雷达方法在地质灾害调查工作 有很好的应用前景。