高密度電法在工程勘察中的應用淺談

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摘要:高密度電法是基于垂向直流電測深、電測剖面和電阻率層析成像的物探方法，被廣泛的應用于地質災害調查及工程勘察中。高密度電法測量的二維地電斷面可以將基巖界限以及基巖構造很直觀的體現出來，可以明確與圍巖具有電性差異的破碎構造的發(fā)育狀況，以及圈定構造發(fā)育的范圍。本文就高密度電法在工程地質勘察中的應用實例進行分析研究，主要應用高密度電法來勘察基巖面、斷層破碎帶、含水構造帶、土洞、溶洞等不良地質體。

關鍵詞：高密度電阻率法；基覆界線；斷層；破碎帶；溶洞；土洞

1引言

電法勘探作為地球物理勘查的一個重要分支，已廣泛應用于工程勘察及地質災害調查中，并取得了較好的應用效果。高密度電法的效果既可以與剖面法的效果相比，又可以媲美電測探法的效果。高密度電法的優(yōu)點非常多，最突出的是以下幾點：第一點距??；第二數據采集的密度偏大；第三可以將基巖的起伏狀態(tài)很直觀的體現出來；第四可以將地質構造進行直觀的反映。

2高密度電阻率法的運行原理分析

高密度電阻率法需要以地下介質間的導電性差異為物理前提，可將其視為傳統的以垂向電測探法和電阻率剖面法，其運行原理依然是常規(guī)電法勘探的原理，即利用天然或人工電場，對不同巖層的電性差異引起的電場異常來查明巖層和構造等問題。高密度是一種陳列電阻率勘探方法，主要用于淺層電阻率測深剖面法。當測量地點在野外的時候，要注意集中所有的電極到測點上，借助電測儀或者程控電極轉換器進行相關數據的采集。這樣的方法工作效率非常高，因為電極可以一次性布置完成，可在程序控制下自動完成數據的采集，避免了手動操作的失誤率。并且電極一次布置完成，可以針對電極裝置進行多次測量，獲取所需的各種地電斷面信息。高密度電法與常規(guī)的電法相比，配置了多道電極轉換開關，可以實現測量電極的自動轉換，一次性測量還可以確保測量數據具有較高的分辨率和精度，可以確保其直觀性、以及高效性。影響巖土電阻率的因素有很多，例如介質成分、巖土結構、巖土構造、巖土空隙度以及巖土的含水量等。如果有以下情況，電阻率剖面上將會呈現低阻異常：第一構造發(fā)育帶或富水區(qū)，第二電阻率降低，第三空隙度變大，第四裂隙發(fā)育，第五含水量增加。所以通過對電阻率剖面上的異常信息的分析，就可以進行勘察。高密度電阻率法室內資料分析指的是通過相關軟件對野外采集的數據進行分析、計算、并繪制成圖。經常使用到的軟件有以下三種：第一電法處理輔助軟件、第二電阻率反演成像系統RES2DINV、第三Surfer成圖軟件等。高密度電阻率法室內資料分析主要分三步，第一步，初步分析野外采集的原始數據，將畸變點進行剔除；第二步，將經過初步處理的數據進行成像處理，使用RES2DINV增加地形信息，做地形改正和深度反演擬合；第三步，綜合分析成像結果，并且借助Surfer、AutoCAD等軟件繪制圖件，作為最終的分析成果。在進行資料處理的時候，視電阻率斷面圖發(fā)揮著不可或缺的作用，也是高密度電法勘探的其中一種定性圖件。視電阻率斷面圖可以對電性分布的特征進行顯示，而根據顯示出來的相關電性分布特征就可以鎖定地質體的視電阻率范圍，明確電性異常點。然后再利用已知地形、相關地質材料、實際使用電極裝置等確定電性異常的誘因，然后排除一切干擾因素后確定真實異常，找出目的體的位置。最常見的電性異常誘因有三種：第一種是地形因素引起的假異常，第二種是局部不均勻體引起的異常，第三種是探測目的地質體引起的真異常。

3野外工作方法

集中式高密度由測量主機、多路電極轉換器、集中式高密度電纜、銅電極組成。高密度電阻率法有多種裝置形式，主要有：（1）溫納排列（α排列）、（2）偶極裝置（β排列）、（3）施倫貝爾排列排列、（4）三極AMN排列或MNB排列。工程勘察中較常用到的裝置為溫納排列。

4工程實例應用

4.1基巖界線探測

下圖為某水庫岸邊的高密度電法探測圖。測線總長232m，采用溫納排列方式，電極距8m，共布置30道。從圖上可以看出該地層從上而下視電阻率增大，基巖界面較清晰。下圖為某隧道工程的高密度電法探測圖。測線總長408m，采用溫納排列方式，電極距8m，共布置52道。從圖上可以看出該地層從上而下視電阻率增大，基巖界面較清晰。里程k3+140~210段基巖埋深較淺，覆蓋層厚度小于2m。

4.2斷層及破碎帶探測

下圖為某引水工程中隧道段的高密度電法探測圖。測線總長472m，采用溫納排列方式，電極距8m，共布置60道。從圖上可以看出測線120~280m段上部基巖完整性較好，下部54m以下出現低阻抗段，呈橢圓形，推測為破碎帶，巖體完整性差，可能富含水，隧道施工需加強圍巖支護和排水措施。某高校為了解決學校的用水問題，需要在指定的范圍內選擇深水井施工點。該井計劃井深130m~150m，開孔口徑220mm，終孔口徑不小于110mm，要求成井日出水量不少于200m3/d。根據高密度電法探測圖中圈定的破碎含水帶位置確定深水井的施工位置，成井后實測穩(wěn)定出水量平均為9.78m3/h(合234.8m3/d)。

4.3土洞、溶洞探測

下圖為三明某建筑場地的高密度電法探測圖。從圖中可以溶洞表現為低阻，圍巖相對為高阻，反映非常明顯。在6m深度以上分布多個小土洞，大小不一；在測線55m~65m處表現為低阻，呈橢圓狀，為溶洞發(fā)育，并與覆蓋層相連通。

5結束語

實踐結果表明，高密度電阻率法在工程勘察中應用廣泛，對基巖界線、斷層及破碎帶、溶洞等地質構造均可取得較理想的探測效果，能真實、直接地反映出工程地質、水文地質等問題。地質鉆探結合高密度電阻率法進行綜合地質勘探，點與面的綜合分析，更加直觀的反映地質情況，可快速、科學合理地對場地作出地質評價。

參考文獻：

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[2]傅良魁.應用地球物理教程-電法勘探[M].北京地質出版社.1991.

[3]劉曉東,張虎生,朱偉忠.高密度電法在工程物探中的應用[J].工程勘察,2001(4):64~66.

作者：陳少博 單位：福建華東巖土工程有限公司