高密度电法在水文地质和工程地质中的应用

付 杰

(贵州省六盘水市水利水电勘测研究院，贵州 六盘水553001)

1 高密度电法的原理

电探测法和电剖面法两种方法合二为一，形成了高密度电法，从最基础的方面来分析，它类似于传统的电阻率法。不同的地方在于，有高密度观测点被设置在观测的部位，这种方法属于阵列勘探，具体说来就是电极之间的自由组合导致了勘探可以有着覆盖式的测量。在进行现场实地测量时，需要把全部的电极置于剖面测点上。程控电极的转换开关和微机工程电测仪二者进行共同作用，采集工作就可以进行。采集的内容主要是针对剖面的不同电极距和不同电极排列方式的数据［1］。

高密度电法和传统常规的电阻率法相比，有以下3个优点:

1)工作效率高:由于电极的布置是一次性完成的，省去了很多工作流程，也很少引起故障和干扰，所以节省了很多时间。

2)测量面多样化:测量的方式和电极的排列组合方式有关系，因为电极数量多，所以排列的可能性很多，测量的方式千变万化，可以从很多个角度来研究地电断面的信息。

3)半自动化和自动化程度高:野外的采集已经完成了半自动化，避免了人工操作，节省了人力。

除此之外，地球物理反演方法在不断地完善，高密度电法的电阻率成像水准已经有了很大提高，从曾经的一维跨度到了三维，极精确地的完成了解释精度的跨越。高密度电法已经相对成熟，具有快速、经济、渐变、有效、应用广泛的优点。它的应用领域很广，特别是水文和工程地质的勘探领域［2］。

2 应用实例分析

2.1 水库大坝的渗漏探查

某水库防渗墙在高密度电法测量下的反演色谱图，如图1 所示。采用物探高密度电法来进行探测，需要说明的是，现场探测的时候，水库的水位是194 m，应用目的是探测防渗墙是否完整。

图1 某水库大坝渗漏探测的高密度反演色谱图

防渗墙是C10 混凝土，厚度为60 cm。由图1 可见，在DS29 ～DS32 点的部分，高程大约为177 ～184 m，在富水区会出现低阻闭合圈的成像，分析电阻率的等值线可发现和这一现象完全吻合，由此可以推测出这里是富水区;同时，其余194 m高程以下的地方，防渗墙并没有表现出低阻的异常情况。

2.2 水库大坝坝基岩溶探测

选取1个水库主坝，采用高密度电法对岩溶进行探测，可以得到图2 所示的反演色谱图进行分析。

图2 某水库大坝岩溶探测高密度反演色谱图

从图2 看出，95 号以下和215 号以上的紫红色砂页岩就有着很强的透水性，下雨等自然影响会使得岩溶冲水成为低阻。探测区域的水文特征有着非常显著的差异，因为灰岩地区环境干燥，填充物极少，就呈现高阻的状态。

2.3 海堤砌石体深度探测

选取一个海堤砌石体，用高密度电法探测其深度，得到如下反演色谱图，如图3 所示。

图3 某海堤浆砌石的深度探测高密度反演色谱图

测区内堤防工程大部分修建在抛石上方。迎水侧是接近于直立的浆砌石挡墙，填土下方的主要成分是淤泥、淤泥夹薄层粉细砂和含泥中细砂层。反演成果图曲线呈典型的电阻率由高到低的3 层水平状分布，起伏不大，根据对工区内抛石电阻率测试及相关地质资料进行分析，以电阻率30 ～40 n·m作为抛石与填土或划分依据，电阻率＜10 n·m作为填土与淤泥、淤泥夹薄层粉细砂或含泥中细砂层等的划分依据。由图3 可见:砌石层厚度约为6.0 m，填土厚度约为2.0 ～4.0 m高程以下为淤泥、淤泥夹薄层粉细砂或含泥中细砂层。

2.4 滑坡体分界面应用

选取一个水利枢纽，采取高密度电法探测库区右岸的滑坡体，得到反演色谱图，见图4。

图4 某水利枢纽库区的右岸滑坡体反演色谱图

色谱整体上层次不齐，没有规律。整体上来看，低阻带都分布在中上部，而且不是连续的，高阻凸起出现在了DS10 和DS34 测点，色谱图的表层有稍高阻的反应。低下埋的深度约为6 ～17 m，电阻率达到了120 Ω·m。对其进行钻孔以验证以上猜测，得出的结论是预测无误，正是一个滑坡体，再一次地证明了高密度电法的实用性。

2.5 应用于坝基渗透探测

某水电站大坝的坝基渗漏进行高密度电法探测的反演色谱图见图5。

这个测线是坝体廊道内部的铺设。由图5 可以看到典型的电阻率由高至低两层的分布，高低阻的分界线有一定的起伏。分析了工区内的相关地质材料之后，发现高阻的第一层视电阻率＞200，有闭合圈的现象出现，判断为浇筑混凝土的反应。第二层的视电阻率＜第一层，判断是大坝建基面以下那些岩体的反应。在桩号15 ～50，桩号110 ～130，桩号160 ～195 的地方都会发现低阻异常的闭合或者半闭合圈。

图5 某水电站坝基渗漏探测高密度电法的反演色谱图

2.6 应用于地层划分

某城市供水线路的地层高密度电法探测的反演色谱图，见图6 所示。

图6 某城市供水线路地层探测的高密度反演色谱图

分析图6 可知，表层等电阻率曲线呈现出多个闭合或者半闭合圈的状态，视电阻率为200 ～400 Ω·m，这是回填砂性涂造成的。表层以下的桩号0 ～桩号35 有低阻倒U 闭合圈，这是由淤泥质土造成的，剩下桩号段表层以下地层都表现为粉质黏土。

除此之外，高密度电法的应用领域仍然非常广泛，比如高层建筑选址、高速公路高架桥、机场跑道的地基勘探中，都需要利用这种方法进行探测;在测定和评价电厂大坝的基岩面强度和起伏特性上，高密度电法也是实用的方式之一;有具体的实例表明高密度电法能够准确的对岩溶地区的水资源进行定位;也有采用高密度电法与瞬态瑞雷面波法完成了国际机场扩建工程中的岩土工程勘察问题的经验以及用高密度电法来查明古河道、墓穴和洞穴的分布及埋深，利用土层的剪切波速划分场地类别［3］。

3 分析反演图的注意事项

能够有效分析反演图是合理应用高密度电法测量的关键，得到合理而且较为完善的解释。需注意的事项有:

1)高密度电阻率法，特别是采用剖面类观测方式时，结合了电剖面法和电测深法的二者优点;其视电阻率等值线图已与实际的地电剖面接近，通过分析各种研究资料可以知道，视电阻率等值线图中各种变量都有着许多的信息量。

2)目前的技术并没有达到完美，确保已经采集的视电阻率剖面中的数百个点每个都是准确无误是不可能的，仅1个因素出现数据错误，采集到的异常数据经过反演后都很有可能带来完全不同的结果。不仅如此，即便是资料没有问题，以目前反演软件的技术水平，也无法保证能反演出完全正确的地电剖面，对于反演的数据处理，一定要有自我的参与。

3)高密度电阻率的反演处理有固定的几个步骤，不能越步进行:①对结果进行一个粗略的预判，这样便于知道数据是否准确;②接着是对原始数据的可靠性进行判断，是否反演数据取决于具体的测量条件;③根据条件分析数据的可靠性，例如接地条件很差，原始数据难免有很大的误差，这时对数据反演只能得到更差的结果;如果地形平缓、接地条件好的剖面，大多数的数据质量都比较高，可以进行反演工作。

4 结 语

通过上文对高密度电法的优劣分析，应用实例的解读，对于反演图的解读方法的示范可以知道，高密度电法能够从剖面和断面的反演色谱图直观的反映出所要探测的物体的结构特征以及电性分布形态。由于它的快速、经济以及操作简便，在水文地质和工程地质中有着极其广泛的应用。

［1］王士鹏. 高密度电法在水文地质和工程地质中的应用［J］. 水文地质工程地质，2000(01):52 －56.

［2］葛如冰. 高密度电阻率法应用中常见的问题与思考［J］.勘察科学技术，2009(01):22 －25.

［3］方前发，张宏兵. 电法勘探方法在水文和工程地质中的应用［J］. 大众科技，2006(04):29 －31.