地质勘察中高密度电法的应用研究

田秋生

（黑龙江省煤田地质物测队，黑龙江 哈尔滨 150008）

高密度电法具有小点距、数据采集密度大、施工效率高和分辨率高的特点，在工程地质、管线探测、物探找水、岩溶及地质灾害调查等工程地质勘察中已逐渐成为常用的方法。

1 高密度电法概述

1.1 基本原理

高密度电法是20世纪80年代在常规电法基础上发展起来的一种新型阵列勘探方法，它是基于静电场理论，以探测岩土介质的导电性差异为前提进行的，通过观测和研究人工建立的地下稳定电流场的分布规律从而来解释地下地质问题。高密度电法进行二维地电断面测量，兼具剖面法与测深法的功能。能有效地进行多种电极排列方式的扫描测量，因而可以获得较丰富的关于地电断面结构特征的地质信息。高密度设置了较高的测点密度，仪器利用多路电极转换装置，自动实现多种电极排列和多参数测量，一次可完成纵、横二维的勘探过程，既能反映所探地质体在某一深度上沿水平方向岩性变化，又能反映其在垂直方向不同深度上的岩性变化规律，获取的地质信息丰富，探测精度高。因此在工程地质勘探中得到了越来越多的应用。

1.2 工作流程

高密度电法数据采集系统由主机、多路电极转换器、电极系三部分组成。多路电极转换器通过电缆控制电极系各电极的供电与测量状态;主机通过通讯电缆、供电电缆向多路电极转换器发出工作指令，向电极供电并接收、存贮测量数据。其具体工作流程见图1所示。

图1 高密度电法工作流程图

高密度电阻率法工作时，其供电电极与测量电极是一次性布设完成的。通常情况下，经由仪器的电极转换开关控制，排列中的某两根电极既作为供电电极AB，在下一组组合测量时又要作为测量电极MN。我们在工作时，总希望探测深度要深(即AB要大)，又不会漏掉小的异常体(即MN要小)。要提高横向分辨率，就要牺牲它的探测深度，反之亦然。所以在设计极距时，既要充分考虑探测深度，又要兼顾横向分辨率。

1.3 资料处理

高密度电法的数据处理主要包括两大部分，即数据预处理和数据反演处理。数据预处理主要包括:编辑视电阻率值，对突变点和噪声引起的畸变数据进行剔除;对由多个测量断面组成的剖面进行拼接，把各电极所对应的平面坐标添加到数据文件中。对于地形起伏较大的剖面，把高程坐标添加到数据文件中，以备反演处理时进行地形校正处理;反演处理主要包括：根据地质调查资料建立初始的二维地电模型，选择反演参数等，然后采用最小二乘法进行反演计算，查看反演结果，最后进行地形校正，获得最终的地下地电断面，用于地质解释。

2 高密度电法在工程地质勘察中的应用

2.1 高密度电法在地下空洞探测的应用

目前越来越多的工程建设项目遇到地下采空区的探查问题。地下采空区引起的地面沉陷，是工程建设的隐患，已成为一种较典型的地质灾害问题，查明地下采空区的埋深及分布范围，对地下采空区的处理就显得十分重要。本勘查区内主要岩层的电性特征为:上层第四系主要为黄土层，电阻率值较高，下层煤系地层呈相对低阻层。煤层被开采后，随着时间的推移，采空区上方岩层在重力作用下发生塌陷，造成煤层上覆岩体失去原有的平衡状态，首先破坏了岩石的完整性和连续性，致使岩层破碎和出现大量的空隙和裂隙，故该处电阻率会偏高于完整岩石处的电阻率。对采空区进行了灌浆处理后，则采空区部分的电阻率会明显低于周围完整岩石的电阻率，表现出一定的低电阻率特征，如图2所示。由以上分析可知，测区内各地层及岩层之间均有明显的电性差异，标示了注浆体的绿色及淡绿色部位即为勘察目的层位。

图2 采空区灌浆检测电阻率断面图

2.2 高密度电法在地下管线探测的应用

由于早期城市地下管钱网未进行合理规划，加之大多地下管线规划图纸遗失，等后期进行城市地下管线网改造时就很难准确知道地下管线的具体位置，施工时就会不可避免地发生事故，影响施工进度。所以，在市内进行开挖工程前，能够明确城市地下管线的情况是非常重要的。高密度电法对地下管线的探测具有较好的应用效果。普查区内埋有地下输水管道，由于输水管道为金属，加之管道内流体均为低阻良导体，故在电性上与周围土层有明显的电性差异，具备地球物理勘探的前提条件。垂直管线剖面进行了三次高密度电法测量，对资料数据反演处理后得管线探测电阻率断面图，如图3所示。通过对连续测量的三个电阻率剖面的分析，能明显确定需要勘查的管线位置，在断面图上表现了圆形剖面并呈现出连续性。通过开挖，其测试结果得到证实，开挖结果和解译结果一致。

图3 管线探测电阻率断面图

2.3 高密度电法在堤防隐患探测的应用

高密度电法在堤防隐患探测的应用具有较好的效果。当堤防存在隐患时，如不能明确其存在位置，会给防洪防汛带来巨大的压力，甚至会威胁周围人民群众的生命安全。所以，能有效的探测并排除提防隐患是非常重要的。本次勘查黄河某处堤防隐患，电祖率断面图如图4所示。通过对实测电阻率数据反演处理后，显示出堤内裂隙的位置及深度，对堤防隐患的治理指明了方向。

图4 提防隐患探测电阻率断面图

结语

本文介绍了高密度电法的原理及勘探特点，该勘探方法具有测量信息丰富、对地下地质体分辨能力高的优点。在对地下空洞、地下管线及堤防隐患工程地质勘察中的应用是可行的，并能取得较好的应用效果。同时，由于某些勘查工程受地质地形影响较大，在一定程度上影响勘探测量的精度，所以，结合勘察区域的地质及其他资料，勘探的准确度会更高。

[1]邓居智，刘庆成，莫撼.高密度电阻率法在水坝隐患探测中的应用[J].工程勘察，2002（6）.

[2]刘康和，等.高密度电阻率法的试验[J].勘察科学技术，1992（2）.

[3]董浩斌，王传雷.高密度电法的发展与应用[J].地学前缘，2003，10（1）.

[4]任杰，李文军.高密度电法寻找隐伏构造破碎带应用效果的分析[J].甘肃地质，2009（18）.

[5]黄杰.高密度电法在覆盖层厚度探测中的应用[J].内蒙古石油化工，2009（4）.