地铁勘察中电阻率的测试方法

地铁勘察中电阻率的测试方法 摘要 电阻率原位测试通常有二种方法 一是在地 面进行 采用对称四极法 另一种在工勘钻孔中进行 即 电阻率测井 本文论述了各自的准确性和适宜性 关键词 地铁 电阻率 对称四极电测深 测井 一 概述 大地电阻率是地铁工程接地计算中的必要参数 直接 影响接地装置接地电阻的大小 地面电位分布和跨步电压 为了合理设计接地装置 必须对大地进行电阻率测试 电阻率测试通常有二种方法 一是在地面进行 采用 对称四极法 另一种在工勘钻孔中进行 即电阻率测井 前者地面测试需要较长的地面电性均匀的场地 而地铁勘 察通常在城市建筑物密集区域 难以满足测试要求 影响 测试精度 后者在施工后的钻孔中进行 钻孔较浅 测试精 度受低阻钻井液的影响较大 本人通过在南京 苏州等地 铁勘察电阻率测试中对地面和钻孔电阻率测试数据进行对 比 分别确定了地面和钻孔电阻率测试数据各自的准确性 和适宜性 二 测试方法的选择及数据解释 1 地面测试 在地面场地条件允许的条件下 结合工勘钻孔资料地 层电性层简单 选择地面对称四极电测深法方便易行 施 工不必等候钻孔 一天可测试多个场地 一般地铁开挖深 度在 30 米左右 电测深最大 AB 2 为勘察深度的 2 倍 电 极距见下表 电测深电极距表 AB 2 米 3 5 7 10 15 22 34 50 70 MN 2 米 0 5 0 5 0 5 0 5 3 0 5 3 3 3 3 3 测量结果绘制成双对数电测深曲线 结合工勘钻孔划 分的电性层进行解释 电性层简单可以可以通过量板定量 解释 稍复杂可以通过电脑软件正 反演定量解释 均可 获得目的地层较精确的电阻率值 2 钻孔测试 如地面场地条件不理想 则易在工勘钻孔中进行 在 钻孔测试电阻率要受到井眼 围岩 层厚 泥浆 冲洗带 侵入带 及测井仪器本身等多因素的影响 电阻率测井探测深度 电阻率测井探测深度是指探测器的横向探测深度 对 于普通电阻率测井来说 以供电电极为中心 以某一深度 为半径的球面内包含的介质对测量结果贡献为 50 时 此 半径为探测深度 梯度电极系 探测半径为 1 4 如 M2 25A0 5B 表示 双极供电正装梯度电极系 其中 L 2 5m 探测深度 3 5m 电位电极系 探测半径为 2 如 A0 5M2 25N 表示单 极供电正装电位电极系 其中 L 0 5m 探测深度 1 0m 电阻率测试的影响因素 电极系的影响 不同的电极系测得的视电阻率曲线不同 即使对相同 电极系来说 尽管地层模型相同 测量条件相同 如果电 极距不同 得到的曲线也会有较大差别 根据普通电阻率测井的探测深度定义可知 电极距不 同也就是说它的探测深度不同 受到井眼和围岩的影响也 就不同 探测深度小 受井眼影响较大 受围岩的影响较 小 测得的视电阻率曲线幅度较低 对高阻层来说 探测 深度大 井眼的影响相对减弱 而围岩的影响又逐渐增大 降低了曲线的分辨率 也会给目的层测得的视电阻率曲线 造成较大影响 因此 选用的电极系电极距不能太大也不能太小 井的影响 由于井内泥浆电阻率比剖面上高阻岩层的电阻率低得 多 从而对电极系供电电极造成的电场分布起分流作用 主要有以下两个方面 井径的影响 井径越大 探测范围内低阻泥浆越多 对测量结果影响越大 视电阻率越低 井内泥浆电阻率的影响 泥浆电阻率低时 由于分流 作用增强 也使得视电阻率曲线幅度降低 围岩和层厚的影响 电极系选定后 电极距一定 渗透层 地层 厚度不 同 视电阻率曲线也会出现差异 地层薄 低阻围岩的影 响就会加大 视电阻率曲线值幅度偏低 侵入影响 泥浆侵入造成渗透层径向电阻率分布的变化 出现了 冲洗带 过渡带和原状地层 井壁还有泥饼的存在 冲洗带 岩层孔隙中的地层水全部被泥浆滤液取代 电阻率用 RXO 表示 过渡带 岩层孔隙中的地层水部分被泥浆滤液取代 原状地层 未受到泥浆的影响 视电阻率曲线的解释 梯度电极系探测深度大 受钻井液影响小 因此 测 试电阻率宜采用梯度电极系 本文讨论梯度电极系曲线 梯度电极系理论曲线 电测井理论公式 由于理想梯度电极系 或 为无穷小 此时 M N 或 A B 和记录点 O 合为一点 视电阻率公式可写为 其中 Eo 是记录点 O 处沿井轴方向的电势的梯度 令 且有 则视电阻率公式为 Ro 为记录点 O 所在处的介质的真电阻率 jo 为记录点 O 处的实际电流密度 由公式可以看出 在测量条件不变的情况下 所测的 视电阻率值与记录点处的实际电流密度 记录点所在介质 电阻率成正比 图 1 底部梯度理论曲线 下面由图 1 来说明电极系在井中提升的过程中 视电 阻率的变化 设一高阻层 其电阻率为 厚度为 上下围 岩相同 电阻率为 忽略井的影响 第一阶段 在下部围 岩离高阻层较远处 相当于电极系在电阻率为 Rs 的均匀介 质中 视电阻率测量结果不受高阻层的影响 因此为一直 线 Ra Rs 到 a 点为止 第二阶段 仪器上升到离高阻层较近时 Ra 受到高阻 层的影响 对电流有排斥作用 使记录点处的实际电流密 度增加 此时 jo joj 并且越靠近高阻层 jo 呈上升趋势 所以 Ra 值增大 到达高阻层底界面时 电阻率到达 b 点 第三阶段 仪器上升到记录点离高阻层一倍电极距以 内时 A 电极流出的电流在界面法向上连续 Ra 值只与界 面两端的介质的电阻率有关 直到记录点进入高阻层 得 到曲线 bc 段 第四阶段 记录点进入高阻层以后开始一段时间内 记录点处的介质 电阻率突然由 Rs 增至 Rt 并且由于下面围岩的电阻率 较低 对电流有一定的吸引作用 因此记录点处的实际电 流密度 jo 要大于 joj 由公式看出 Ra Rt 因此在界面处 形成了视电阻率极大值 即曲线的 cd 段 故极大值可确定 地层界面 第五阶段 随仪器的上升 Ra 受下部围岩的影响逐渐 减小 Ra 也逐渐减小至高阻层实际电阻率 Rt 止 曲线到达 e 点 第六阶段 在高阻层内远离上下围岩的一段距离内 Ra 保持不变 为高阻层的实际电阻率值 第七阶段 随仪器的上升 Ra 逐渐受到上部围岩的影 响 使 jo 减小 Ra 逐渐变低 第八阶段 记录点上升到离上界面一倍