工程地质勘察中高密度电法的应用

【关键词】超高密度电法； 地质勘查；  

　　1 高密度电法概述 

　　80年代初，日本地质计测株式会社研究成功了高密度电阻率探查法(简称高密度电法),并且广泛应用于工程地质及水文地质中。在日本，高密度电法主要用来解决局部地质构造和空洞调查，断层构造调查，滑坡及地下水流调查，隧道落顶预测，寻找地下水等一系列问题。随后，我国从地质计测株式会社引进了该项方法技术。近年来，国内不少单位开展了该项方法技术，并且取得了较好效果。随着地质勘察科学技术的不断发展和国民经济建设的需要，高密度电法做为一种新的物探方法技术，在许多相关领域中得到广泛应用。 

　　高密度电法本质属直流电阻率范畴，是以介质电性差异为基础，研究在施加电场的作用下，地下传导电流的变化分布规律。它与常规电法相比设置了较高的测点密度，所提供的是二维信息，一定数量的二维剖面还可以组成一个拟三维图像，它是电剖面和电测深法的结合。一般情况下，高密度电法的信息量为普通电阻率法的百倍以上。因高密度电法的供电频率较低，且固定不变，所以将其视为直流电阻率法，遵从直流电阻率法的一般原理。 

　　高密度电法是以地下被探测目标体与周围介质之间的电性差异为基础，利用人工建立的稳定地下直流电场，依据预先布置的若干道电极可灵活选定装置排列方式进行扫描观测，研究地下大量丰富的空间电性特征，从而查明和研究有关地质问题的一组直流电法勘探方法。由于高密度电阻率法可以实现数据的快速采集和微机处理，从而改变了电法勘探的传统工作模式，与常规直流电法相比，高密度电法具有成本低、效率高、信息丰富等优点。随着高密度电法在仪器、软件、方法上的逐渐完善，其应用领域得到了不断扩展，特别在堤坝隐患探测、岩溶及采空区探测、地质灾害调查等方面效果比较显著。 

　　2 高密度电法电极排列的发展 

　　2.1 高密度电阻率法测量方式 

　　高密度电法开始时，研究的排列方式主要有三种：α、β、γ。现在排列方式已发展到十几种。不过仔细研究就可发现，所有排列都是从对称四极、偶极-偶极、单极-偶极、单极-单极演变而来。至于所谓的滚动排列装置，在电极排列方式上基本不变，只不过是其排列方式有利剖面滚动衔接而已。 

　　2.2 深度问题 

　　电阻率法的探测深度随着供电电极AB 距离的增加而增大，当隔离系数n逐次增大时，AB 电极距也逐次增大，对地下深部介质的反映能力亦逐步增加。常规电阻率法在资料处理时多是以AB / 2 为深度，为此，国内一些单位在处理高密度电法资料时，用软件形成视电阻率断面图进行解释，没有进行反演处理。解释多数凭人的经验。在高密度电法中，由于极距小，地电信息丰富，人工解释的方法往往会造成误解。在二维反演软件中，层厚的设置：对于温纳和施伦贝谢尔排列，第一层子块的厚度设置为0.5 倍电极距。 

　　2.3 图示方法 

　　高密度电阻率剖面一般采用拟断面等值线图、彩色图或灰度图表示，由于它表征了地电断面每一测点视电阻率的相对变化，因此该图在反映地电结构特征方面具有更为直观和形象的特点。 

　　2.4 资料处理 

　　数据圆滑是资料处理的常用方法之一，原则上适用于各种电极排列的测量结果，但是考虑到偶极排列异常和地电体之间具有较复杂的对应关系，因此，一般只对温纳四极排列的测量结果进行圆滑处理。圆滑处理一般采用坏点切除和滑动平均等。 

　　3 实例分析 

　　3.1 岩溶、采空区探测 

　　岩溶个体的发育是无规律的，但其岩溶带或地下河的发育一般是有一定走向的，岩溶洞穴一般以无水或充水或充填泥砂的形式存在，充填水或泥砂等相对于灰岩来说是明硅的相对低阻，因此往往表现为明显的低阻异常，该类异常容易识别；但如果岩溶洞穴为无水、泥砂充填时，洞穴反映的是很高的电阻率，而完整灰岩体的电阻率也很高，由于灰岩中裂隙往往较发育，而局部形成完整灰岩体，也会形成局部的相对高阻，因此难以判别，会形成一些假像。对于该类异常的判别．应该要结合场地的地质条件，特别是地下水水位情况，如高阻异常位于水位之上方，根据高阻异常闭合圈的规模以及形态结合场地岩溶的一般发育规律，一般可判定异常的性质。如果高阻异常明显位于水位下方，则不会是岩溶引起的异常，这时岩溶应表现为低阻异常。对于废弃多年的采空区，有的地段以充盈地下水或已经坍塌，往往表现为低阻特征；有些地段保持原有形态，且没有地下水，则表现为高阻特征。利用这些特征可以确定场地的采空范围及塌陷位置。 

　　3.2 滑坡探测 

　　滑坡是一种常见的地质灾害, 是指斜坡上的土体或者岩体, 受河流冲刷、地下水活动、地震及人工切坡等因素影响, 在重力作用下, 沿着一定的软弱面, 整体或者分散地向下滑动的自然现象。滑坡发育分布规律主要受地形地貌、地层岩性、地质构造、降雨、人类工程活动的控制。总体上看, 地形地貌是滑坡形成的控制条件；地层岩性、地质构造是滑坡形成的重要条件；降雨、地震和人类工程活动是滑坡发生和加剧的诱发因素。 

　　现测定一不稳定斜坡位，所处地貌单元为盆中丘陵区, 山丘起伏, 海拔300 -550m, 坡度35 , 坡体整体呈陡坡。该区表层为亚粘土、碎块石土为主的土质坡体。覆盖层多为第四系松散物, 主要由残坡积、崩坡积物组成, 电阻率为12- 35Ω·m。下覆基岩为三叠系中下统砂岩, 为构成滑坡山体的主要岩性, 电阻率为100-1000Ω·m。基岩与覆盖层之间存在明显的电性差异, 满足电法勘探的物理前提。本次对不稳定斜坡的勘探采用温纳装置, 该装置垂向分辨率比横向分辨率灵敏度高, 抗干扰能力强, 勘探深度较大, 对电性的垂向变化较有利。该装置最终得到倒梯形断面。资料处理后，得到以下结论： 

　　3.2.1 覆盖层电阻率为12.7-32.5Ω·m, 其厚度较小, 约为0-5m。114m 段, 覆盖层厚度大约为3-5m, 地形平缓地方覆盖层厚度较大, 局部地方基岩出露; 114-276m 段, 覆盖层厚度为0-2m, 其中138-162m 段有泥岩出露, 地形陡峭地方覆盖层厚度不足1m; 从距离起点276-312m 段为拉陷槽地区, 312m 后, 山体基岩出露。 

　　3.2.2 在拉陷槽处, 高程大约为430-505m 段出现一个上宽下窄的近乎垂直的相对低阻带, 其电阻率为11.8-30.4Ω·m, 该低阻带与围岩在颜色对比上有明显的差异,该低阻带为粘土及少量碎块石土。拉陷槽深度约为65-75m, 最宽处为12-25m, 最窄为1-2.5m。 

　　3.2.3 在高程415-435m 段, 出现了一个近水平的相对低阻带, 其电阻率为8.8- 22.7Ω·m, 结合现场地质勘探及钻孔资料, 该低阻带为较厚的泥岩层, 其上下围岩都为细砂岩, 细砂岩的电阻率约为40.7-80.4Ω·m,细砂岩与泥岩层在颜色上有较大的差异, 结合拉陷槽深度, 推测上覆细砂岩与该泥岩层的交界面可能是该滑坡的滑动面。滑动面位置在高程大约为432-435m 段。 

　　3.2.4 在高程为420-440m 段, 也出现一条近乎水平的相对低阻层, 该层应为较软的泥岩层。其与上覆细砂岩的交界面可能为滑动面。该处滑动面的位置高程约为435-437m 段。本次高密度电法探测, 基本探明了基岩的埋深,砂岩的交界面。由于泥岩较弱, 细砂岩较硬, 容易构成滑动面。拉陷槽最浅处高程与泥岩、上覆细砂岩交界面层高程相近, 表明拉陷槽深度与该交界面存在较大的关系。由于测区地势东北高, 西南低, 岩石接触面上容易向西南方向滑动。 

　　4 结束语： 

　　高密度电法工作效率高，费用相对较低，是一种有效的勘测手段。在勘测前，应对场地进行初步了解，选择合理的方法或合理的工作方式，尽量将干扰因素降到最小。如能结合其他勘探方法、地质资料等, 加以综合勘探和解释, 消除多解性, 必能使勘探资料更加有效可靠。 

　　参考文献: 

　　[1]顾中华高密度电法探测溶洞成果精度分析[J]2008(4)：27-29. 

　　[2]王兴泰．高密度电阻率法及其应用技术研究[J].1991(3)． 

　　[3]刘昌军, 赵进勇, 高密度电法仪在工程隐患探测中的应用[J]. 2008，36（3）.