高密度电法水泥路面测试实验
来源:本站 时间:2023-12-11 阅读:168 次
导读:

高密度电法水泥路面测试实验

1 仪器与设备

测量设备采用重庆顶峰地质勘探有限公司生产的EDGMD-60,主要功能为: 1.地下剖面电阻率变化检测,2.近距离蓝牙无线数据传输3.远距离4G无线数据传输。

EDGMD-60主要特点:远程检测高密度电法测量系统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,仪器内部已集成60道电极转换装置,不需外接电极转换器可直接进行60道高密度电法测量;同时支持电极转换器级联扩展,最多可以扩展至300道。

2 测量原理

2.1 均质物体电阻率的测定基本原理

对于电阻率的测定,假设待测区域内,大地电阻率是均匀的。对于测量均匀大地电阻率值,原则上可以采用任意形式的电极排列来进行,即在地表任意两点(AB)供电,然后在任意两点(MN)来测量其间的电位差,根据(2.1)式便可求出MN两点的电位(图2.1)。

      image.png       (2.1)

ABMN间所产生的电位差

image.png          (2.2)

(2.2)式可得均匀大地电阻率的计算公式为

image.png                    (2.3)

式中

K=     image.png            (2.4)

 

image.png

2.1利用四极排列测量均匀大地的电阻率

(2.1)式即为在均匀大地的地表采用任意电极装置(或电极排列)测量电阻率的基本式。其中K为电极装置系数(或电极排列系数),是一个只与电极的空间位置有关的物理量。考虑到实际的需要,在电法勘探中,一般总是把供电电极和测量电极置于一条直线上,图2.1所示的电极排列形式,称为对称四极排列。

对于均质地质体来说,上述方法可以测定其电阻率的大小(2.2)

image.png

2.2 均匀地质体的电阻率测定曲线

2.2 视电阻率法测定理论实质

上面讨论了测量均匀大地电阻率的方法,并且推导出了电阻率的计算公式。但是,在野外实际条件下,经常遇到的地质断面在电性上是不均匀的和比较复杂的。如仍用上述方法进行视电阻率测定,实际上相当于将本来不均匀的地电断面用某一等效的均匀断面来代替,故由(2.3)式计算的电阻率,不是某一岩层的真实电阻率,而是在电场分布范围内、各种岩石电阻率综合影响的结果。我们称其为视电阻率,并用来表示,

image.png                    (2.5)

这是电阻率法中最基本的计算公式。由此可见,在电阻率法的实际工作中,一般测得的都是视电阻率值,只当电极排列位于种单一岩性的地层中时,才会测到该地层的真电阻率值。

2.3 电法跑极方式

 

a.纵向跑极是相当于以第一个测点为基准点,采用测线方向上最大极距一直测到最小极距,相当于从最深测点测到最浅层,然后滚动采集直至到测线上的最后一个点。

b.横向跑极相当等间距同一层位跑极测量,以最小极距滚动跑第一层,然后逐渐增大极距直至测到最大极距,相当于从浅层测到最深层,然后滚动采集直至测线上所有数据点采集完成。

image.png

2.3 高密度电法跑极方式

3 测试过程

使用EDGMD-60设备连接铜电极线(电极连接电缆线上)(图3.1),采用钠基膨润土(粘着性)掺硫酸铜(导电性)作为粘合剂,一方面增加导电性也增加了接触面积。

工作区位置位于重庆市北碚区复兴街道后山水泥道路上(图3.2)。

参数设置:采用集中分布式高密度电阻率法仪器48道,极距3m,测线长度141m,测量层数15层,采用温纳装置测量,单次剖面测量点数360个。点位记录采用GPS定位,每12道记录一个测点(表3.1)。

3.1高密度电法测点坐标表

image.png 

image.png

3.1EDGMD水泥路面测量

image.png

3.2测量现场工程布置图

4测试结果

4.1数据处理反演

为了更好的测试水泥路面测量的稳定性,采用纵向测量2次,横向测量采集数据1次,1秒供电单周期测量,单次测量的时间约为20分钟左右。测量检测48道的接地电阻为5-7kΩ,接地电阻符合测量要求,可以进行正常采集数据。

针对测量结果采用最小二乘法(图4.1)与左迪法(图4.2)进行数据拟合反演。

image.png

4.1最小二乘法反演结果图

image.png

4.2左迪法反演结果图

4.2数据质量分析

针对测量的断面结果分析数据质量(表4.1、图4.3-4.5),以第一次纵向测量ρs1值为基准,第二次纵向测量ρs2值,第三次横向测量ρs3值,纵向测量(ρs1、ρs2)对比标准差为0.66170509,纵向横向测量(ρs1、ρs3)对比标准差为2.852285337,说明同一种方式重复测量的时候数据稳定性较高,纵向横向测量的时候因为跑极方式不同的原因数据稳定性较前者相差较大一点,但是三次测量值的整体趋势一致,异常形态一致,说明无论采用那种跑极方式测量采集数据都可以对目标体进行有效测量。具体差异可以分析不同的跑极方式供电电压的差异造成测量的微小差异,纵向测量的时候,一出场供电电压随着深度的改变变化较大(图4.6)电位值变化从10-100mV,虽然数值大小相差不大,相差的数量级较大;横向测量时候,由于是测点都在同一层位供电电压值变化不大(图4.7),电位值变化从150-350mV,差别看似很大,但是数据在同一个数量级上,供电较为稳定,测量的数据更加精准可靠。因此,建议在测量的时候采用横向测量的跑极模式进行测量。

 

 

4.1高密度电法三次测量视电阻率结果原始数据表

ID

ρs1

ρs2

ρs3

ρs1-ρs2

ρs1-ρs3

ρs1-ρs22

(ρs1-ρs3)2

1

21.698793

21.662186

21.65493

0.036607

-0.043863

0.001340072

0.001923963

2

34.532753

34.536942

26.095867

-0.004189

-8.436886

1.75477E-05

71.18104538

3

42.550194

42.544094

34.910439

0.0061

-7.639755

3.721E-05

58.36585646

4

67.320313

67.239098

62.730289

0.081215

-4.590024

0.006595876

21.06832032

5

107.98954

108.048393

103.270271

-0.058853

-4.719269

0.003463676

22.27149989

6

117.356194

117.074593

113.358513

0.281601

-3.997681

0.079299123

15.98145338

7

131.391953

131.543213

126.787216

-0.15126

-4.604737

0.022879588

21.20360284

8

112.976105

112.947762

109.439537

0.028343

-3.536568

0.000803326

12.50731322

9

96.558617

96.410141

93.295341

0.148476

-3.263276

0.022045123

10.64897025

10

76.885323

76.870972

72.922005

0.014351

-3.963318

0.000205951

15.70788957

11

106.102669

105.632111

101.772285

0.470558

-4.330384

0.221424831

18.75222559

12

88.883339

88.586136

84.762627

0.297203

-4.120712

0.088329623

16.98026739

13

107.12104

106.883926

102.61422

0.237114

-4.50682

0.056223049

20.31142651

14

116.882332

116.317825

112.894493

0.564507

-3.987839

0.318668153

15.90285989

15

121.082947

120.499428

113.995049

0.583519

-7.087898

0.340494423

50.23829806

16

119.726616

118.95327

116.443138

0.773346

-3.283478

0.598064036

10.78122778

17

98.671684

98.181671

92.695297

0.490013

-5.976387

0.24011274

35.71720157

18

78.236923

77.912437

74.068298

0.324486

-4.168625

0.105291164

17.37743439

19

36.430511

36.32373

31.759155

0.106781

-4.671356

0.011402182

21.82156688

20

58.937012

58.7048

55.437866

0.232212

-3.499146

0.053922413

12.24402273

……

……

……

……

……

……

……

……

339

32.483776

31.838236

34.620628

0.64554

2.136852

0.416721892

4.56613647

340

34.128227

34.54237

34.396935

-0.414143

0.268708

0.171514424

0.072203989

341

34.570816

33.952148

33.919399

0.618668

-0.651417

0.382750094

0.424344108

342

34.611099

33.656605

33.252327

0.954494

-1.358772

0.911058796

1.846261348

343

36.559006

37.040112

35.604019

-0.481106

-0.954987

0.231462983

0.91200017

344

32.557438

30.990372

28.564863

1.567066

-3.992575

2.455695848

15.94065513

345

29.633976

29.825228

30.648516

-0.191252

1.01454

0.036577328

1.029291412

346

26.460564

24.734682

26.745628

1.725882

0.285064

2.978668678

0.081261484

347

24.94348

25.145761

23.494917

-0.202281

-1.448563

0.040917603

2.098334765

348

25.065592

23.961269

23.859049

1.104323

-1.206543

1.219529288

1.455746011

349

24.171238

25.029783

25.981926

-0.858545

1.810688

0.737099517

3.278591033

350

28.350292

28.354763

27.907391

-0.004471

-0.442901

1.99898E-05

0.196161296

351

30.27577

31.819174

33.092159

-1.543404

2.816389

2.382095907

7.932046999

352

34.918186

30.226389

32.984905

4.691797

-1.933281

22.01295909

3.737575425

353

32.141735

31.478081

31.63254

0.663654

-0.509195

0.440436632

0.259279548

354

28.893835

30.480194

27.49795

-1.586359

-1.395885

2.516534877

1.948494933

355

29.362377

29.303362

25.730278

0.059015

-3.632099

0.00348277

13.19214315

356

27.905396

27.659969

25.454531

0.245427

-2.450865

0.060234412

6.006739248

357

27.6513

28.083485

23.252489

-0.432185

-4.398811

0.186783874

19.34953821

358

32.056812

30.683786

29.57358

1.373026

-2.483232

1.885200397

6.166441166

359

28.685328

29.340418

26.299196

-0.65509

-2.386132

0.429142908

5.693625921

360

27.969212

26.258343

27.052687

1.710869

-0.916525

2.927072735

0.840018076

方差

0.437853626

8.135531645

标准差

0.66170509

2.852285337

 

 

image.png

4.3高密度电法三次测量视电阻率结果原始数据折线图

image.png

4.4ρs1-ρs2差值直方图

image.png

4.5ρs1-ρs3差值直方图

image.png

4.6纵向测量一次电位变化曲线

 

image.png

4.7横向测量一次电位变化曲线

 

5结论

 

1.      采用重庆顶峰地质勘探仪器有限公司生产的EDGMD-60可以在水泥路面进行有效测量。

2.      采用钠基膨润土加硫酸铜配合可以有效固定电极增加导电性,由于本次测试采用的是铜电极,接触面积不大,粘在水泥路面接地电阻依然不是很大,在测量允许的范围之内,建议实际工作中使用铜片电极增加接触面积以便达到更好的测量效果。

3.      无论是纵向跑极还是横向跑极都是可以对目标体进行有效的探测,测量的虽然是表层高阻异常体,只要不是高阻屏蔽层,高阻盖层下的异常还是可以进行有效探测的。

4.      同一测线相同的跑极方式多次测量,数据结果相差不大,同一测线不同跑极方式测量结果数据上会有些差异,二者测量数据反演的结果异常趋势相同相似,不会影响整体的探测结果。

5.      纵向测量的时候,一出场供电电压随着深度的改变变化较大,虽然数值大小相差不大,相差的数量级较大;横向测量时候,由于是测点都在同一层位供电电压值变化不大,数据差别看似很大,但是数据在同一个数量级上,供电较为稳定,测量的数据更加精准可靠。因此,建议在测量的时候根据需求尽可能的采用横向测量的跑极模式进行测量。