一种探查河道溶洞的多维探测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于水利工程地质灾害评价领域，尤其是一种探查河道溶洞的测量布置系统以及实施方法，具体是利用并行电法诊断出隐伏在河道内岩溶体的多维探测方法。一种用于探测河道岩溶体分布的多维布设装置，包括测试系统和测试仪器，测试系统包括两条平行布置在两河堤上的多芯电缆线，和与单条多芯电缆线相对应的无穷远B电极以及电位参比N电极；每条多芯电缆线上包括64道电极，每个电极通道可通过铜棒与大地相连；测试仪器为并行电法仪；本发明专利技术提出一种探查河道溶洞的多维探测装置及方法，采用并行电法探测技术提高了常规电阻率法的工作效率，成果以二维视电阻率图像和三维反演成像相结合的解译技术，有效提高了溶洞勘察的精度，弥补当前技术不足。

Multi dimensional detecting device and method for exploring river channel karst cave

The invention belongs to the field of water conservancy project evaluation of geological disasters, especially the measurement layout system of a river cave exploration and implementation method, we use parallel electrical diagnostic method of detecting multidimensional hidden karst in the river. A channel for detecting karst body multidimensional distribution device layout, including test systems and test instruments, test system includes two parallel arranged in two Di on multi-core cable, and a multi-core cable of the infinite potential of the reference electrode and B N electrode; each line comprises 64 multi core cable each channel can be copper electrode, electrode is connected to the earth through the test instrument; parallel electrical instrument; the invention provides a multidimensional exploration of River Cave detection device and method, using the parallel electrical detection technology to improve the working efficiency of the conventional resistivity method, interpretation technology in 2D image and 3D resistivity inversion imaging combination, effectively improve the accuracy of cave exploration, make up for the lack of technology.

【技术实现步骤摘要】
一种探查河道溶洞的多维探测装置及方法
本专利技术属于水利工程地质灾害评价领域，尤其是一种探查河道溶洞的测量布置系统以及实施方法，具体是利用并行电法诊断出隐伏在河道内岩溶体的多维探测方法。
技术介绍
我国的岩溶发育分布较为广泛，造就奇特自然景象的同时，也给工程的安全实施带来系列地质灾害的发生，尤其遇到地下水位升降和人类抽排地下水共同导致隐伏岩溶区在地面塌陷的现象。因此，在岩溶地区河道工程治理中有必要明确不良岩溶体的分布特征，降低岩溶塌陷和地表水漏失引发工程灾害的风险。目前，河道勘察手段主要以钻探为主，而分散的钻孔取样资料往往只是“一孔之见”，尤其遇到地质条件比较复杂，岩土层变化频繁，仅凭有限钻孔难以全面有效地查明地质异常区的分布、延展、规模及形态情况，况且钻孔布置也存在主观盲目性，检测效率低下、代价成本高等缺点，况且河道勘察不仅关注于两岸堤地层分布，同时也要查明溶洞在河床区的发育特征，而钻孔在河床内布置存在较多困难。隐伏性岩溶隐患具有地质体空间的随机隐蔽性、分布规律性差及时空的不确定性等特点，开展超前预报、预测是治理岩溶的难点和关键。基于河道属于特殊的线性工程，岩溶勘察工作既要注重对两岸堤隐伏的地质灾害现象准确把握，同时还要达到兼顾明确河床段是否存在孤立隐伏工程隐患的目的，也要对两河岸堤已查明溶洞体之间的关联性有一定的认识。地球物理探测技术是利用溶洞与周围岩土体之间的物理性质差异为研究对象，利用专门接地或不接地的仪器设备测试信号在大地流动过程中的时空改变特点，进而间接判断出隐伏溶洞的分布，凸显出经济、高效、可视化的优势。一般地，现场检测系统只能布设在河道两岸堤，通过两岸堤的测试成果进一步推断河床的地质情况。目前，工程勘察主要采用二维成像技术反映出观测系统下方地质体的分布规律，而溶洞在空间上表现为三维几何地质体，利用简单的二维图像合成或拼接成三维图像难以有效刻画出真实溶洞的立体特征。尤其针对河道内隐伏溶洞探查中存在技术不足，亟需设计一种可以探测河道段隐伏不良地质体有效查明的方法。三维高密度电法在工程探查应用中取得长足进展，通过层析成像技术可以获取电阻率立体图像，但高密度电法仍然采用串行采集模式，采集效率高，数据量较小，不利于河道长路线探测，并且针对河道岩溶区勘察方面应用较少，主要受限于河道场地的约束，河床水域难以布设常规的观测系统；现场采集效率低下，未能发挥出快速测量的优势；并且三维电阻率法需要采集到的数据量巨大，对海量数据未形成合理的解译方法。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术在岩溶区河道勘察中存在的诸多问题，尤其针对河床内隐伏溶洞探查技术的缺陷，提供一种河道岩溶的多维探测装置及方法。本专利技术装置的目的是提出一种用于探测河道岩溶体分布的多维布设装置，该装置采用并行电法系统为测试技术手段，利用在河道两岸堤的场地上布设电极对，利用供电电极对向大地供电，利用测量电极对测量电位差，进而探测中河道两岸堤及河床的电阻率分布特征，具有施工方便快捷、简单的优势，达到对河道溶洞立体化探测的目的。本专利技术提供一种河道岩溶体的具体探测方法，利用并行电法仪测试河道内岩土体的地电数据体，利用层析成像技术获取岩土体的电性分布图，结合河道有关地质揭露资料，最终利用二维视电阻率图像推断出河道两岸堤下方岩土体的分布规律，利用三维反演电阻率层析成像成果推断出河床内岩溶体的分布、埋深、规模以及连通特性，成果可靠，有效地为探测范围地质灾害的评价提高技术支撑。一种用于探测河道岩溶体分布的多维布设装置，包括测试系统和测试仪器，测试系统包括两条平行布置在两河堤上的多芯电缆线，和与单条多芯电缆线相对应的无穷远B电极以及电位参比N电极；每条多芯电缆线上包括64道电极，每个电极通道可通过铜棒与大地相连；测试仪器为并行电法仪，包括测试上位机模块、采集模块、电源模块以及连接各模块之间的传输模块，上位机用于采集参数设置，通过传输模块对采集模块进行数据采集与回收控制，电源模块用于采集模块工作过程中的供电，电源模块与采集模块之间利用电源线连接；采集参数包括采集模式，供电时间，采样间隔，起点电极号，终点电极号，供电方式；并行电法仪置于到两堤多芯电缆线起始端的附近，每一岸的多芯电缆线通过航空插头与电法仪相连接，无穷远B电极、电位参比N极分别通过BN线与并行电法仪连接；并行电法仪通过采集多芯电缆线上的任意电极通道与无穷远B电极形成稳定电场的电位数据，把采集的电位数据与电位参比N极的电势相减，即为电位差ΔU，电位差ΔU与供电电流I可利用电阻率公式即可求取河道区岩土体的视电阻率值，其中K为装置系数；并行电法采用拟地震化的数据采集手段，选取电缆线上的一个电极与无穷远B电极构成电流回路，形成测量的发射系统，电缆线上的其余电极作为测量的接受系统，接受到发射系统形成电场穿过岩土体的电位数据体，并把采集到的电位与参比N电极电位做差值，即为回收到并行电法仪上位机的地电数据体；其中，当测试二维数据时，把无穷远B电极垂直置于电缆线所在位置以外的300～500m区域，电位参比N电极布设在并行电法仪附近的大地上；电位参照N电极、无穷远B电极利用保护绝缘导线与BN线连接，BN线连接并行电法仪采集模块；当测试三维数据时，把无穷远B电极布设在河堤对岸多芯电缆线的起始位置、中部位置和终止位置中至少一处，电位参比N电极布设在并行电法仪附近的大地上。优选的，所述多芯电缆线起端带有4个航空插头，每个航空插头内带有16个金属探针，每个金属探针对应一个电极通道，各电极通道之间有序排列；所述多芯电缆线呈一字排开，多芯电缆线布设在河堤处，多芯电缆线距河岸边线的长度一般为3～10m。优选的，所述多芯电缆线电极通道间距0.5～2m，铜棒长度为0.30～0.40m，插入大地段为0.01～0.20m，为保证铜棒与大地之间的耦合，需在铜棒周围浇盐水。优选的，所述铜棒插入到大地的小孔是由充电式电锤凿钻，充电式电锤配备标准化电池。优选的，所述无穷远B电极也为上述尺寸铜棒，为保证铜棒与大地之间的耦合，需在铜棒周围浇盐水。优选的，所述铜棒插入到大地的小孔是由充电式电锤凿钻，充电式电锤配备标准化电池。优选的，无穷远B电极可简化布设在河堤对岸多芯电缆线的起始位置、中部位置、终止位置三处，也可简化为布设在河堤对岸多芯电缆线的中部位置。所述多芯电缆线为防水铠装多芯电缆线。优选的，所述拟地震化数据采集手段为单电极供电，其余电极同步采集的方法。具体的，多维布设装置探查河道溶洞的方法，包括如下步骤：1.测试装置的布设根据河道的场地情况，结合要探查溶洞的大致分布情况，在河道一岸堤布置多芯电缆线，记为此河堤的第一测站，测站多芯电缆线上电极通道数及道间距可自由改变，电缆线上的每个电极通道通过铜棒与大地相通，并且在铜棒周围浇盐水，以增强铜棒与大地的耦合性；测试二维数据时需把无穷远B极垂直置于电缆线所在位置以外的300～500m区域处，测试三维数据时需把无穷远B电极布设在河堤对岸多芯电缆线的中部位置；电位参比N电极布设在并行电法仪附近的大地上。2.地电数据采集过程二维数据测试时，BN线通过绝缘导线连接300～500m以外的无穷远电极B电极，并行电法仪采集模块与无穷远B电极和参比N电极之间通过BN线连接，上位机模块与采集模块利用通讯模块连接、采集模块与电源本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于探测河道岩溶体分布的多维布设装置，包括测试系统和测试仪器，其特征在于：测试系统包括两条平行布置在两河堤上的多芯电缆线，和与单条多芯电缆线相对应的无穷远B电极以及电位参比N电极；每条多芯电缆线上包括64道电极，每个电极通道可通过铜棒与大地相连；测试仪器为并行电法仪，包括测试上位机模块、采集模块、电源模块以及连接各模块之间的传输模块，上位机用于采集参数设置，通过传输模块对采集模块进行数据采集与回收控制，电源模块用于采集模块工作过程中的供电，电源模块与采集模块之间利用电源线连接；采集参数包括采集模式，供电时间，采样间隔，起点电极号，终点电极号，供电方式；并行电法仪置于到两堤岸多芯电缆线起始端的附近，每一岸的多芯电缆线通过航空插头与电法仪相连接，无穷远B电极、电位参比N极分别通过BN线与并行电法仪连接；并行电法仪通过采集多芯电缆线上的任意电极通道与无穷远B电极形成稳定电场的电位数据，把采集的电位数据与电位参比N极的电势相减，即为电位差ΔU，电位差ΔU与供电电流I可利用电阻率公式

【技术特征摘要】
1.一种用于探测河道岩溶体分布的多维布设装置，包括测试系统和测试仪器，其特征在于：测试系统包括两条平行布置在两河堤上的多芯电缆线，和与单条多芯电缆线相对应的无穷远B电极以及电位参比N电极；每条多芯电缆线上包括64道电极，每个电极通道可通过铜棒与大地相连；测试仪器为并行电法仪，包括测试上位机模块、采集模块、电源模块以及连接各模块之间的传输模块，上位机用于采集参数设置，通过传输模块对采集模块进行数据采集与回收控制，电源模块用于采集模块工作过程中的供电，电源模块与采集模块之间利用电源线连接；采集参数包括采集模式，供电时间，采样间隔，起点电极号，终点电极号，供电方式；并行电法仪置于到两堤岸多芯电缆线起始端的附近，每一岸的多芯电缆线通过航空插头与电法仪相连接，无穷远B电极、电位参比N极分别通过BN线与并行电法仪连接；并行电法仪通过采集多芯电缆线上的任意电极通道与无穷远B电极形成稳定电场的电位数据，把采集的电位数据与电位参比N极的电势相减，即为电位差ΔU，电位差ΔU与供电电流I可利用电阻率公式即可求取河道区岩土体的视电阻率值，其中K为装置系数；并行电法采用拟地震化的数据采集手段，选取电缆线上的一个电极与无穷远B电极构成电流回路，形成测量的发射系统，电缆线上的其余电极作为测量的接受系统，接受到发射系统形成电场穿过岩土体的电位数据体，并把采集到的电位与参比N电极电位做差值，即为回收到并行电法仪上位机的地电数据体；其中，当测试二维数据时，把无穷远B电极垂直置于电缆线所在位置以外的300～500m区域，电位参比N电极布设在并行电法仪附近的大地上；电位参照N电极、无穷远B电极利用保护绝缘导线与BN线连接，BN线连接并行电法仪采集模块；当测试三维数据时，把无穷远B电极布设在河堤对岸多芯电缆线的河堤对岸多芯电缆线的起始位置、中部位置、终止位置中至少一处，电位参比N电极布设在并行电法仪附近的大地上。2.根据权利要求1所述用于探测河道岩溶体分布的多维布设装置，其特征在于：所述多芯电缆线起端带有4个航空插头，每个航空插头内带有16个金属探针，每个金属探针对应一个电极通道，各电极通道之间有序排列；所述多芯电缆线呈一字排开，多芯电缆线布设在河堤处，多芯电缆线距河堤岸边线的长度一般为3～10m。3.根据权利要求2所述用于探测河道岩溶体分布的多维布设装置，其特征在于：所述多芯电缆线电极通道间距0.5～2m，铜棒长度为0.30～0.40m，插入大地段为0.01～0.20m，为保证铜棒与大地之间的耦合，需在铜棒周围浇盐水。4.根据权利要求1所述用于探测河道岩溶体分布的多维布设装置，其特征在于：所述铜棒插入到大地的小孔是由充电式电锤凿钻，充电式电锤配备标准化电池。5.根据权利要求1所述用于探测河道岩溶体分布的多维布设装置，其特征在于：所述无穷远B电极也为上述尺寸铜棒，为保证铜棒与大地之间的耦合，需在铜棒周围浇盐水。6.根据权利要求1所述用于探测河道岩溶体分布的多维布设装置，其特征在于：所述多芯电缆线为防水铠装多芯电缆线。7.根据权利要求1所述用于探测河道岩溶体分布的多维布设装置，其特征在于：所述拟地震化数据采集手段为单电极供电，其余电极同步采集的方法。8.根据权利要求1所述用于探测河道岩溶体分布的多维布设装置，其特征在于：所述无穷远B电极可简化布设在河堤对岸多芯电缆线的起始位置、中部位置和终止位置，或者无穷远B电极简化为布设在河堤对岸多芯电缆线的中部位置。9.采用权利要求1-7任一所述的多维布设装置探查河道溶洞的方法，其特征在于：包括如下步骤：1.测试装置的布设根据河道的场地情况，结合要探查溶洞的大致分布情况，在河道一岸...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭磊，江晓益，许小杰，李红文，来晟，陈星，史燕南，岑洋，余斐，褚高强，熊志福，
申请(专利权)人：浙江省水利河口研究院，浙江广川工程咨询有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33