何国全

(河北省水利水电勘测设计研究院,天津 300250)

电测深法在土壤腐蚀性探测中的应用

何国全

(河北省水利水电勘测设计研究院,天津 300250)

评价区位于保定市南水北调配套工程水厂以上输水管道工程第四设计单元,为评价其土壤对钢质结构或钢质管道的腐蚀性,利用电测深法进行探测,并利用所得数据按相关规程对测区内的土壤腐蚀性进行分级并评价,为钢质材料的防护提供相应参数。

电测深法;土壤(视)电阻率值;土壤腐蚀性

南水北调工程是一项宏伟的跨流域调水工程,中线总干渠配套工程水厂以上输水管道工程是其体系的重要组成部分,承担着连接中线总干渠和受水区地表水厂的纽带作用。保定市南水北调配套工程水厂以上输水管道工程第四设计单元主要涉及易县、涿州市等5个县(市)7条输水线路,线路全长51.49 km,全部为管道输水。根据任务要求,利用对称四极电测深法对地下10 m内的土层进行腐蚀性划分。

1 地质概况与地球物理特征

本区位于多个大小不等的山前冲洪积扇构成的倾斜平原区,总体地势西高东低,根据地表形态及成因类型可划分成二种地貌单元:一是山前冲洪积倾斜平原区,主要由拒马河、易水河冲洪积扇组成,自西北向东南倾斜,西部山前地面标高一般50～80 m,坡降1‰～5‰;二是冲积、洪积交错沉积微倾斜平原区,主要分布于京广铁路以东区域,地势平缓,地面标高20～30 m,坡降<1‰。

测区由西向东大致划分为丘陵山区、冲洪积扇裙、冲洪积平原区,即保定平原区。保定平原区第四系地层主要包括上更新统地层及全新统地层。

冲洪积地层主要分布于易县、涞水山前地带和河谷两岸二级阶地上。以棕黄色壤土、黄土状壤土为主,局部可见层理,夹砂砾石薄层或透镜体。自西向东粒径逐渐变小,单层由厚变薄,部分为冲积、洪积壤土、粘土、砂土。一般分为三层:表层呈褐黄、黄褐色,结构疏松,颗粒均匀;中部呈灰黄色,与表层呈渐变关系;下部为棕黄色,局部区域分布砂土。

本测区首次进行地球物理勘探工作,根据本次野外孔旁测深工作的成果,得出各地层物性参数存在一定电性差异,具备开展对称四极电测深法工作的地球物理前提条件。本次勘探目的是对测区进行土壤电化学侵蚀性(土壤电阻率)探测,即对地下10 m内的土层进行电阻率值测定,对土壤电化学腐蚀性进行分级。

探测时值春初,测试位于野外空旷环境,人为干扰少,绝大多数测点接地条件良好,读数稳定可靠,并且有钻孔资料可供参考。部分管道线路途经高压线处,电流干扰很大,以至于部分测点由于干扰而无法准确测量;部分测点位于建筑物或道路上而无法进行探测,采取了偏移测点位置或改变跑极方向来减少影响。

2 野外工作方法与技术

2.1 方法原理

不同的岩性层因其成分、结构等因素的不同,其电阻率值亦不同。通过接地电极将直流电供入地下,建立稳定的人工电场,在地表观测某点垂向或某剖面的水平方向的电阻率变化,从而了解岩性层的分布或地质构造特点[1]。

对称四极电测深外业探测示意图见图1。A、B为供电电极,M、N为测量电极,当A、B供电时用仪器测出供电电流I和MN处的电位差ΔV,则岩层的电阻率按下式计算:

(1)

图1 对称四极电测深外业探测示意图Fig.1 Schematic diagram of outer industry detection of symmetrical quadrupole electrical sounding

2.2 仪器设备及工作参数

此次野外工作投入使用的仪器为重庆奔腾数控技术研究所生产的WDDS-2型数字电阻率仪。供电电极为钢电极,测量电极为铜电极,供电电源为45 V乙电池,最大供电电压为180 V。

此次土壤电阻率测试探测深度为10 m左右。最小供电极距AB/2=1.0 m,最大供电极距AB/2=30 m,MN/2=0.3 m、3 m,采取非接口极距装置,极距系列见表1。

表1 对称四极电测深极距系列表

2.3 技术措施

为了能够采集到精确可靠的原始数据,在野外工作中还采取了以下措施:

(1) 开工前及工作中对使用的仪器、电池及电极、极距均进行了精心检查;

(2) 按照规程规定进行漏电检查及质量检查;

(3) 注意布极方向及距离的准确性和一致性;

(4) 对发现的有关地质现象认真记录,确定电性层与地质层的对应关系,以利定性分析和定量解释。

3 资料的处理与解释

3.1 数据处理

对全部原始资料进行校核后,分析电测深曲线类型,利用野外现场记录的地质描述及已知的钻孔资料进行定性分析,确定对应的地电层位。解释软件采用与仪器配套的电测深正反演解释系统软件,其解释步骤为:①用野外观测存入仪器的“.WDA”文件,转换为WYS2008格式的“*_WYS.txt”文件;②打开软件创建工区、项目名称、工作方法和文件格式,从而创建新项目工程;③导入txt数据,开始进行电测深拟合解释;④软件分析中测试方法选电测深;⑤编辑数据,选择要拟合的电测深点号,点击读取文件;⑥曲线对比,根据钻孔资料,确定曲线拟合的层数和大概层深,进行拟合解释,其余按照曲线类型和地电模型进行解释;⑦输出各层电阻率值和层厚度值,并存储曲线拟合图片;⑧为了保证解释精度,对上述反演结果进行检验,即根据反演的地电模型进行正演计算,如果正演结果与野外数据拟合得好,则说明反演的地电模型符合客观实际,否则,分析不吻合原因,修改地电模型,再进行正演,直至所得模拟理论曲线与实测曲线吻合或基本吻合为止。

3.2 定性解释

定性解释包括确定电性层数量和各电性层电阻率相对关系,通过其确定土壤电阻率等。也就是通过对比电测深曲线类型,初步了解电性层与地层的相互对应关系及其特点。

测区内电测深曲线类型主要有H型(图2)和Q型(图3)等。

图2 H型曲线及其拟合解释图Fig.2 H curve and fitting explain figure

图3 Q型曲线及其拟合解释图Fig.3 Q curve and fitting explain figure

由于此次探测目的是测定土壤电阻率,在定性解释已基本弄清了电测深曲线所对应的地层岩性后,对所有电测深曲线逐条利用电测深正反演解释系统软件进行定量解释。

3.3 定量解释成果

根据正反演解释系统软件进行定量解释结果划分土层的电阻率,汇总每个探测点所得的结果数据,编制了土壤电阻率测试成果表。现选取定兴段探测成果,编制了该段的土壤电阻率测试成果表(表2)。

表2 定兴段土壤电阻率测试成果表

3.4 土壤腐蚀性分级评价

根据《钢制管道外腐蚀控制规程》(GB/T 21447—2008)土壤腐蚀性分级[2]及《岩土工程勘察规范》(GB50021—2001)(2009年版)[3]土对钢结构腐蚀性评价的规定,即表3的要求,对该输水管道工程经过地段的土壤腐蚀性进行分级。现选取定兴段探测结果以表3为依据对该段探测结果进行土壤腐蚀性分级,详见表4。

4 结语

通过对称四极电测深法探测土壤电阻率,详细介绍了该方法的基本原理、探测技术、数据的处理及土壤电阻率对钢质结构或管道的腐蚀性分级评价,为保定市南水北调配套工程水厂以上输水管道工程第四设计单元输水线路暗埋钢质管道及钢筋混凝土中的钢筋等钢质材料的防护提供了相应参数,达到了预期目的,取得了较好的经济效益和社会效益。

表3 一般地区土壤腐蚀性分级

表4 定兴段土壤腐蚀性分级

[1] 中国水利电力物探科技信息网.工程物探手册[M].北京:中国水利水电出版,2011.

[2] 中国石油天然气集团公司.钢制管道外腐蚀控制规程:GB/T 21447—2008[S].北京:中国标准出版社,2008.

[3] 中华人民共和国建设部.岩土工程勘察规范:GB50021—2001[S].北京:中国建筑工业出版社,2009.

(责任编辑：陈姣霞)

Application of Electrical Sounding Method in the Detection of Soil Corrosion

HE Guoquan

(HebeiResearchInstituteofInvestigation&DesignofWaterConservancy&Hydropower,Tianjin300250)

In order to evaluate the soil corrosion to steel structures or steel pipes of fourth design units in the water supply pipeline project of Baoding South to North Water Transfer Project,using electrical sounding method to carry on the detection.This paper uses the data obtained in accordance with relevant to grade and regulate soil corrosion survey area for the protection of steel material to provide the corresponding parameters.

electrical sounding method; soil (apparent) resistivity value; soil corrosion

2016-05-13;改回日期:2016-05-26

何国全(1971-),男,高级工程师,应用地球物理专业,从事水利水电工程物探应用及工程检测工作。E-mail:13502125518@163.com

P631.3; S153

A

1671-1211(2016)03-0292-04

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2016.03.010

数字出版网址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20160530.0937.016.html 数字出版日期:2016-05-30 09:37