高密度电法在工程勘察工作中的应用

辛培毅+黄沼军

【摘 要】近几年，高密度电法由于其经济性、快速性、简易性等优点，在工程勘察中的应用领域越来越广。本文首先对高密度电法的原理进行了简要描述，并举实例加以分析，阐述了对反演成果的评价问题。

【关键词】高密度电法；工程勘察；应用；反演处理

1. 前言

高密度电法作为一种先进的直流电法勘探技术，具有测点密度高，信息量大，对探测对象不造成损伤，成果直观、准确、高效等特点，己被广泛应用于我国的矿产资源勘查及工程勘察活动中。 而由于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己经有了很大提高，从曾经的一维跨度到了三维，较好地实现了解释精度的跨越。

2. 高密度电法工作原理及特征识别

2.1 工作原理。

（1）高密度电法是根据水文、工程及环境地质调查的实际需要而研制的一种电阻率法，是以岩、矿石之间电阻率差异为基础，通过观测和研究与这些差异有关的电场在空间上的分布特点和变化规律，来查明隐伏地质构造和不均匀电性体（岩溶、风化层、滑坡体等）的一类勘查地球物理方法。高密度电法在数据采集过程中组合电阻率剖面和电阻率测深的两种方法观测系统，因而，采集数据量大，数据观测精度高，在电性不均匀体的探测中能取得良好的地质效果。

（2）如图1所示，当以地面A1 、B1为供电点，向地下输入电流强度为I的电流时，地下形成稳定电场E，以A1 、B1的中点（）为中心，1/3A1 B1长的范围内电场为均匀场，在此范围内安置测量电极M、N得到电位差△U，其中k为装置系数，不同的测量装置的装置系数不同，由此可得视电阻率计算公式：

图1 高密度电法探测原理示意

ρs=kΔUI （1）

（3）高密度观测系统包括数据的采集和资料处理两部分，现场测量时，只需要将全部电极设置在一定间隔的测点上，观测密度远比常规的电阻率法大，测点间隔一般为1～10m。采用多芯电缆连接到程控式多路电极开关上，电极开关是一种由单片机控制的电极自动转换装置，可以根据需要自动进行电极装置形式、极距及测点的转换。不同装置电极逐点同时向右移动得到第一条剖面；增大一个电极距离，电极再次逐点由左向右移动，得到另外一条剖面，这样不断扫描得到倒梯形剖面。

2.2 特征识别。

不同岩层有着不同的物理性质，物探工作即是以此为勘探基础。区域地层分层明显时，有利于物探工作的开展。岩溶或破碎带作为工程建设场地中的一种典型的不良地质现象，对工程建设的危害极大。通常岩溶与围岩在电性上普遍存在差异，当岩溶含水时，相对于围岩呈现低阻异常；当岩溶无水时相对于围岩呈现高阻异常。测区岩性的变化，可能导致明显的电性差异，这为高密度电法的应用提供了地球物理前提。

3. 高密度电法在工程勘察中的应用

高密度电法具有数据量大，采集点间距小，观测剖面长，工作效率高的优点，在复杂地质条件下，它可以有效手段弥补地质钻探手段的不足。其广泛应用于水利、公路与桥梁、隧道及房建场地方面的勘察工作之中。

3.1 水库大坝的渗漏探查。

（1）某水库防渗墙在高密度电法测量下的反演色谱图，如图2所示。采用物探高密度电法来进行探测（现场探测的时一候，水库的水位是194 m），应用目的是探测防渗墙是否完整。

图2 某水库大坝渗漏探测的高密度反演色谱图

图3 某水库大坝渗漏探测的高密度反演色谱图

（2）防渗墙是C10混凝土，厚度为60 cm。由图2可见，在DS29一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，该区段坝体有渗漏；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，坝体完好无渗漏。

3.2 岩溶区探测。

（1）岩溶个体的发育是无规律的，但它的岩溶带或地下河发育一般是有一定走向的，一般以空腔或充水的形式存在，于灰岩来说充填水或泥质成分等是明显的相对低阻，因此往往表现为容易被识别的低阻异常。图3所示某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3所示的反演色谱图。

（2）从图3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，降雨下渗等自然影响会使得岩溶充水成为低阻。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。

3.3 滑坡探测。

（1）图4为一个水利枢纽，采取高密度电法探测库区右岸的滑坡体，得到反演色谱图。

图4 水利枢纽库区的右岸滑坡体反演色谱图

（2）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。埋设的深度约为6一17 m，电阻率达到了120Ω.m。对其进行钻孔验证，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。

3.4 不均匀地形的异常判断。

在布极踏勘时，如果发现溶沟等地形，其所形成的负地形在电阻率等值线上会形成高阻异常带，可采用二级探测装置和温纳装置予以消除。通过不同的装置、观测方法，可以有效的避开地形的影响，获取有效的信息。

4. 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的关键，得到合理而且较为完善的解释。需注意的事项有：

4.1 第一、目前的技术并没有达到完美，确保己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。

4.2 第二、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。（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，这时一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。

5. 结束语

通过上文对高密度电法的分析和应用实例的解读，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，在工程勘察活动过程中有着极其广泛的应用前景。

参考文献

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[文章编号]1619-2737（2014）12-03-893

[作者简介] 辛培毅（1986.12-），男，职称：助理工程师，学历：大学本科，从事煤田物探与工程物探技术工作。endprint