网络并行电法在电力工程岩溶勘察中的应用

禹 峰， 蓝天鹏， 杨 锋

(中国能源建设集团 安徽省电力设计院有限公司，安徽 合肥 230001)

网络并行电法在电力工程岩溶勘察中的应用

禹 峰， 蓝天鹏， 杨 锋

(中国能源建设集团 安徽省电力设计院有限公司，安徽 合肥 230001)

网络并行电法作为一种新型地球物理勘探手段，相对于传统的电法勘探有着明显的技术优势。简要介绍了网络并行电法的基本原理，结合工程实例具体说明网络并行电法的应用实践，旨在为电力工程中的岩溶勘察工作提供一些有益的经验与参考。

电力工程；岩溶；网络并行电法；工程勘察

0 引 言

许多电力工程位于岩溶发育地区，能否准确判别岩溶发育的规模及性质对工程建设的安全性和经济性影响巨大。在岩溶勘察工作中，物探方法得到广泛应用。

网络并行电法是在高密度电法[1-2]的基础上发展而来的一种并行电位数据采集方法，其不但能完成传统电法的各种测量方式，还可以在短时间内采集海量数据，具有勘探效率高、解译效果好等优点[3-4]。

1 网络并行电法基本原理

网络并行电法是以分布式并行智能电极电位差信号采集方法为技术核心支撑的直流电法，每次供电可同时获得多个测点数据，是一种全电场观测技术[5-6]。

基于网络并行电法技术开发的网络并行电法勘探系统由PC机、测量主机、电极阵列和电缆系统组成。一般采用集中式64道电极的设置。网络并行电法系统除供电电极外每一个电极都能自动采样[7]。各电极通过网络协议与主机保持实时联系，在接受供电状态命令时电极采样部分断开，让电极处于供电状态(即供电电极A或B)，否则一直处在电源采样状态(即测量电极M)，并通过通讯线实时地将测量数据送回主机[8]。

通过供电与测量的时序关系对自然场、一次场、二次场电压数据及电流数据自动采样，采样过程没有空闲电极出现。所采集的数据可进行自然电位、视电阻率和激发极化参数等数据处理[9-10]。

2 应用实例

2.1 工程概况及场地特征

某新建110 kV风电场升压站工程站址(图1)地表有基岩出露，岩性为寒武系灰岩，颜色为灰黑色、青灰色、局部灰白色，薄层状，层面多陡倾，产状为305°～328°∠50°～85°，局部露头为椭球状，有溶蚀的迹象。

图1 站址区岩溶地貌图

2.2 工作方法及工作布置

根据现场情况，完成并行电法2站探测工作，每站布置64个电极，极距2.5 m，无穷远电极B距测区300 m以上。

勘探线(点)布置如图2所示。

图2 站址区物探工作布置图

2.3 数据成果解译

根据测区实际情况，设立坐标系如图3所示。采用“WBD2型”并行电法处理系统对采集数据进行分析解译，并借助EarthImager3D及Surfer8软件进行反演、成图，得到变电站基地区域地表以下10 m内地层物探成果水平切片图。

图3 工作区物探成果三维立体透视图

结合物探成果三维透视图，可以看出变电站基地范围存在三个疑似相对低阻异常，分别为DZ1、DZ2、DZ3，结合现场及已知地质资料，对相对低阻区推断解释如下，其平面异常对应关系如图4所示。

DZ1：位于X=4～30 m、Y=0～20 m区域，异常阻值小于230 Ω·m，与围岩电阻率有明显差异，竖直方向发育深度超过6 m，最大达10 m；结合以往勘察经验故推断DZ1异常可能为溶洞，内部充填粘性土等低阻体。

DZ2：位于X=56～72 m、Y=0～14 m区域，异常阻值小于230 Ω·m，与围岩电阻率有明显差异，竖直方向发育深度超过6 m，推断可能为溶洞发育，含低阻填充。

DZ3：位于X=80～88 m、Y=0～8 m区域，异常阻值在230 Ω·m以下，低于围岩电阻率值，竖直发育深度6 m以上，推断可能为溶洞。

图4 工作区物探解译结果平面对应图

2.4 物探结果验证

物探结果验证原则与方法：根据物探测试成果，对发现的3处疑似岩溶发育区域进行钻探验证，钻孔验证结果如表1所列。

表1 钻孔揭露岩溶情况一览表

根据钻探情况，并结合物探测试成果，工程场地内岩溶发育规律如下：

(1) 站址区岩溶现象主要发育在站址西侧区域，由于地层层面多为陡倾状，岩溶发育以溶沟、溶槽和石芽为主。

(2) 物探成果中提出的可疑区域DZ1范围内存在岩溶发育现象，地表可见洼地、溶沟及溶槽，溶沟内充填粘性土，钻孔中发现地表下岩溶竖向发展深度可达1.1～1.6 m。同时，该区域为灰岩与闪长玢岩接触地带，由于侵入岩阻水性较好，水流将顺接触带延伸方向流动，从而造成该地带围岩溶蚀发育较强烈。

(3) 物探成果中提出的可疑区域DZ2和DZ3范围内上部岩体非常破碎，岩溶裂隙较发育，裂隙中充填粘性土，岩体以强风化为主。根据地质调查结果，该区域内岩体受构造运动影响，存在褶曲现象，节理裂隙相对发育，岩体相对破碎，因此岩溶现象发育强烈。

后期本站址在施工过程中，果然在DZ1区域揭露出规模与解译结果推断近似的小型溶洞及填充物，并在DZ2、DZ3区域发现了岩溶破碎带，该结果进一步验证了网络并行电法的解译成果。站址施工开挖揭露的溶洞照片，如图5所示。

图5 站址施工开挖揭露的溶洞照片

3 结 论

(1) 网络并行电法是一种并行电位数据采集方法，可以在短时间能采集海量数据，具有勘探效率高、解译效果好等优点。

(2) 作为一种新型的电法勘探数据采集分析方法，应该在以后的工作中进一步推广并积累经验，使之成为电力岩溶勘察工作中的一个有力手段。

[1] 吴超凡，邱占林，杨胜伦，等.网络并行电法与传统电法超前探测效果对比[J].物探与化探，2015，39(1)：141～145.

[2] 徐兴松，高文龙.高密度电法工程地质勘察应用实例探析[J].电力勘测设计，2012,2(1)：21～24.

[3] 胡水根，刘盛东.电法勘探中并行数据采集与传统数据采集效率的比较研究[J].地球物理进展，2010,25(2):612～617.

[4] 刘盛东，吴荣新，胡水根等.网络分布式并行电法勘探系统[A].中国地球物理22届年会论文集[C].成都：四川科学技术出版社，2006.251.

[5] 刘盛东，张平松.分布式并行智能电极电位差信号采集方法[P].中国发明专利：zl200410014020.0,2004.6.18.

[6] 吴荣新，张平松，刘盛东.双巷网络并行电法探测工作面内薄煤区范围[J].岩石力学与工程学报，2009，9(1)：111～115.

[7] Istiansen A V,Auken E.Optimizing a layered and laterally constrained 2D inversion of resistivity data using Broyden's update and 1D derivatives[M].Journal of Applied Physics,2004.

[8] Loke M H,Dahlin T.A comparison of the Gauss-Newton and quasi-Newton methods in resistivity imaging inversion[M].Journal of Applied Geophysics，2002.

[9] Olayinka A L,Yaramanci U.Use of block inversion in the 2-Dinterpretation of apparent resistivity data and its comparisonwith smooth inversion[M].Journal of Applied Geophysics，2000.

[10] Mauriello P,Patella D.Resistivity anomaly imaging by probability tomography[M].Geophysical Prospecting,1999.

2016-07-13；修改日期：2016-07-25

禹 峰(1972-)，男，安徽和县人，中国能源建设集团安徽省电力设计院有限公司高级工程师．

P631.3

A

1673-5781(2016)04-0457-03