如何利用MT-VCT成像工程探测仪判断覆盖层厚度

mt-vct

      如何利用MT-VCT成像工程探测仪判断覆盖层厚度
                       寇伟    寇通
              郑州地象科技有限公司，河南 郑州 450000
    摘要：MT-VCT大地电磁成像探测仪利用地下含水层对于电磁波能量吸收衰减度高、测值明显低的特点及纵深间隔10厘米高分辨率分层，通过观察地下含水蓝色块分布情况来判断覆盖层厚度，识别方法简单效果好。
    关键词：MT-VCT物探技术，岩土工程，覆盖层

    一、有关MT-VCT大地电磁成像物性参数及用于工程物探的几个概念
    1、MT-VCT成像探测仪测取的是大地电磁场源以电磁波的形式从地下向地表辐射、所经过地层介质对电磁波吸收和衰减后到达地表剩余的电磁波能量值，该剩余能量值序列即为代表地下由浅入深各地层介质的电磁物性参数值。
    2、从MT-VCT成像显示出的不同深度介质的电磁物性参数值代表着该介质层对于电磁波反应特性的相对大小，与介质对于直流电或点脉冲反应的电阻率无关。
    3、由于磁感应器拾取到的电磁波磁场微弱信号是以电位值呈现出来的，不同的磁感应器的拾取大地电磁信号、过滤干扰电磁信号的能力不同，同一探测点的测值序列就不同。对于磁感应器、信号采集电路设计与制作相同的MT-VCT成像探测仪而言，采集测值及成像之间是可比的。
    4、MT-VCT大地电磁成像探测仪测值表征的是地层介质对于电磁波吸收衰减性能的物性参数，液态的水对于电磁波吸收衰减能力最强、测值最低，水在裂隙中集聚越多测值越低、渗透性越好测值越低，反之亦反。空气对于电磁波的吸收衰减作用很小，测值要高于一般岩石。固态介质的硬度高低与测值大小成正比，硬度越大测值相对越高。
    5、由于地层岩石属性本身就是一个相对概念，同一种岩石因其年代、成岩环境、所处构造等不同，MT-VCT测值也会有所差异，只能把一类岩石的电磁物性参数给出一个参考范围。
    6、在岩土工程中将基岩之上地层统称为覆盖层，MT-VCT成像中的粘土层、沙土层、砂层、砂砾石层、第三系沉积物层、风化层等的测值表象基本相同，所以也统一使用覆盖层的概念。
    7、基岩本身就是一个相对的概念，有可能是各种岩石。由于地表下岩石风化程度不同，全风化层之下还有强风化层、弱风化层、微风化层，从MT-VCT成像来看主要是观察含水分布及测值大小，通过透水性判断基岩位置，但难以分清达到何种风化程度。

    二、MT-VCT大地电磁成像岩土工程探测仪的性能与应用特点
    1、MT-VCT成像岩土工程探测仪的性能指标
    目前专用于岩土工程勘探的基本型物探仪为MT-VCT-40M-400C岩土工程探测仪，其主要性能指标：探测深度40米，间隔10厘米显示一层测值，每个探测点自地表向下共显示400个深度层测值；单点采样时间14秒钟，若设定点间距1米时，4个小时就可以探测完成约700点、700米长的剖面线，形成由700点（列）x400层（行）、28万个测值组成的高密度MT-VCT成像剖面图。
    在基本型之上还有两款探测深度别为60米和100米的加深型岩土工程探测仪，它们在40米深度之内间隔为10厘米/层，40米之上的分层间隔为20厘米/层，主要用于覆盖层深度较大的地区使用。
    2、MT-VCT成像探测仪应用于岩土工程勘探的优势及特点
（1）测值真实可靠。拥有独创的大地电磁物探理论及装置设计方法、高灵敏度磁感应探头、高品质低噪声抗干扰性强的数据采集电路板，确保采集数据真实可靠、一致性好。
（2）抗干扰性能强。在 1万伏高压线下仍旧可以正常探测，在22万伏高压线外30米也可以正常工作。适用于电磁干扰较多的城市岩土工程勘探项目。
（3）不受地形限制。只需一个人肩挎仪器手提磁感应探头即可探测，不需要较大空间拉线及插埋探针，在有限的建筑工地内、在水泥地面上都可以任意勘探。
（4）利于高密度勘探。MT-VCT探测仪具有任意放置探头、单点测时少、移动方便等优点，可以在岩土工程施工范围内按照1米的点间距、1--5米的线间距设定探测线路进行高密度勘探施工，通过确定每条线上覆盖层厚度连线绘制出项目区三维的覆盖层厚度展布图。

    三、通过含水蓝色块判断土层与基岩的分界
    1、地下水系分布特征。地壳表层充满了大大小小的裂缝，从地表向下覆盖层内多为细小含水裂隙，到基岩后变为中小含水裂隙，再向深部变为较大的含水裂隙汇集到断裂中心。地表水沿着这些裂缝向下渗透，在孔隙度或裂隙发育较好的地层向周边渗透集聚形成含水层。
    2、由于覆盖层介质松散、微小裂缝多，地表水通过微小裂缝向下渗透的同时也容易向同层周边渗透，覆盖层同层含水相对较好。因此，观察MT-VCT成像剖面图可以看出，在覆盖层内蓝色块相对较多、含水裂隙的走向模糊、没有明显的断裂构造；有些地段含水裂隙多而宽、同层连接较好、明显形成聚水层，有些地段虽然没有形成聚水层、但零散蓝色块多。
    3、从含水蓝色块变化情况可以判定覆盖层与基岩的分层位置：一是从覆盖层变为基岩后，岩层透水性明显变差，裂隙水渗透到该层后下渗通道变小或消失，水在基岩之上形成含水层，同层连接的含水蓝色块与测值大于1的基岩色块有明显区别；二是进入基岩后同层渗透明显少于覆盖层，剖面图上显示斜向可连接蓝色块含水裂隙更加清晰明显、裂隙宽度明显变窄、倾角大约在60--90度之间；三是连通性较好的低值蓝色块显示的含水裂隙沿一个方向斜下渗透，到基岩时可能会改变下渗走向，拐点的位置就可能是覆盖层与基岩的分界面。

    四、通过无明显含水裂隙区段的测值和色块判断覆盖层与基岩的分界
    1、不含水的松散土层的电磁物性参数值一般是在1.2--1.5之间，若是松散土层与含水裂隙接近、带有一定量的湿气，电磁物性参数值可能会下降到0.8--1.2之间；含水裂隙较小、透水性一般时，介质的电磁物性参数值大约在0.6--1之间；含水裂隙透水性较好时，介质的电磁物性参数值大约低至0.1--0.6之间。
    2、自上而下仔细观察含水性差的区段的测值和色块的变化，若是由较为一致的较低值变化为较为一致的较高值时，就有可能是从覆盖层转变为基岩地层了。
    3、近几年不少用户总结使用MT-VCT成像探水仪的经验，有不少案例验证在覆盖层与基岩接触面上会有一层很薄的明显较高测值层，测值明显高于基岩的测值（约为4--6），有可能是两种地层热作用的结果、也有可能是风化作用的结果。

    五、利用MT-VCT成像探测仪判断填埋层与原地层的分界
    城市内很多建设用地是经过填埋平整过的，需要通过物探手段来探测清楚填埋区的边界及深度。利用VCT成像岩土工程探测仪，可以在项目区以5--10米的线间距平行布线勘探，每条线的点间距可以设定为1米，以确保勘探划界的精度。填埋过的覆盖层与原有沉积层有较大的区别：一是填埋层内土层疏松、不够密实，地表雨水会顺着细小裂隙和孔隙向下渗透，从MT-VCT成像剖面图上观察到蓝色块虽然多但较为分散且色浅、连接性差且形不成含水裂隙或聚水层；二是底部与原地层界面上可能会有部分聚水层，上下蓝色块数量明显有区别；三是填埋区周边老沉积地层较为密实、透水性差，分散型蓝色块明显少，有含水裂隙处蓝色块连续性较好且有低值深蓝色块。
    另外，MT-VCT大地电磁成像探测仪还可用于其它岩土工程所需勘探项目：通过含水低值和空穴高值色块聚集形状判断地下岩溶空洞，在隧道上面超前勘探预报聚水溶洞和含水层，在城镇探测地下水管道和自来水管路渗漏，在城市街道探测路面下空洞预防坍塌，等等。

    参考文献：
【1】寇伟、寇通，对现有大地电磁法理论的几点异论，《工程技术》，2017-1
【2】寇伟、寇通，MT大地电磁法仪与VCT大地电磁成像仪的区别，《工程技术》，2017-12

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