试述高密度电法在水文地质和工程地质中的应用

张云峰

（中冀石化工程设计有限公司　河北　071000）

试述高密度电法在水文地质和工程地质中的应用

张云峰

（中冀石化工程设计有限公司河北071000）

高密度电法具有数据采集量大、分辨率高、工件效率高的特点，如今已被越来越广泛的运用。随着地球物理反演技术不断发展，高密度电法电阻率成像水平从过去的一维发展到了三维。在水文地质及工程地质勘察中，高密度电法能更加快速、有效的为地质人员提供前期资料。高密度电法得到了越来越普遍的关注。

高密度电法；水文地质；工程地质；应用

作为一种新型的电探技术，高密度电法借助于介质电性之间的差异，用于勘探天然以及人工电场的变化规律。该方法的测量密度点比较高，能够得到较大的信息量，可以广泛应用于各类水文地质以及工程地质的勘查方面。例如管线探测工作，地下水找寻工作，探测采矿区域以及划分不同类型的地层等工作。高密度电法在进行水文地质测量的时候，可以降低电磁的干扰作用以及故障的发生几率，有助于提高地质勘查的准确性以及效率。

1　高密度电法的运行原理、优点及工作方法

高密度电法的运行原理类似于普通的电阻率法，主要不同点在于高密度电法是一种阵列式的勘探方法，在实际操作的时候其观测点的密度相对较高。高密度电法主要集中了电剖面法和电测探法，在进行野外测量的时候，高密度电法能够在剖面上将所有的电极进行集中，然后采用程控电极转换开关和微机工程电测仪等，快速自动采集剖面上不同电极距和不同电极排列方式的数据。高密度电法的主要优势有：

（1）一次性完成的电极排列，减少了故障和干扰对电极影响和提高了效率。

（2）可以选择各种不同的电极布置。

（3）可以得到丰富的地电断面的信息，实现现场数据采集的自动化或半自动化。

（4）提高数据采集的速度，不用手动以避免失误。

（5）地球物理反演方法，高密度电阻率成像信息技术的发展，从发展的一维和二维到三维，极大地提高了地电数据解释的准确性。

现场测量，它是布置测量线和测量点，预先选定后，所有的电极设置在一定的间隔的测量点上，然后通过转换装置所需的特殊的电极，这些电极组合成指定的电极的装置和电极间距，各种电极装置的观察和多电极距观察在观测剖面电阻率法的多个测量点迅速完成。再配上相应的数据处理，绘图和解释软件，能及时完成地质勘探任务。

其中，配置在高密度电勘探温纳装置α的最小间距系数nmin=1，最大间距因子nmax=16。由两个主要部分组成，数据前处理和数据反演处理。

数据前处理主要包括：编辑视电阻率值，不含失真的数据。组成由多个测量的横截面进行拼接。添加到的数据文件中的每一个相对应的电极的平面上的坐标。对于地形变化较大横截面，海拔坐标被添加到数据文件中，以备反演处理时地形校正。经过对该领域所收集数据的反复计算之后，所收集数据就转换为电阻率的关系。

反演处理包括：建立最初的二维地电模型，根据地质调查数据选择反演参数（阻尼因子，迭代次数，收敛极限），然后用最小二乘反演计算方法，以查看反演结果。最后地形校正，最终的地下地电断面用于地质解释。

2　高密度电法在水文地质和工程地质中的具体应用

通过以上的分析我们得知，高密度电法具有简便，经济，勘查结果精确，勘查速度，应用范围广等众多优点。高密度电法在水文和工程地质勘探工作中被极为广泛的应用。例如可以采用高密度电法进行大坝稳定性评价、坝基渗流的探测，可以用以探测电站大坝基岩面的起伏，进行高速公路高架桥，高层建筑的选址，洞穴、涵洞的探测，岩土工程勘察，以确定湖河道、地下墓穴的分布和深度等等。接下来，笔者仅从海堤砌石体深度探测以及地下水探测两个实例方面来分析高密度电法的具体应用：

2.1海堤砌石体深度探测

利用高密度电法测试海堤砌石体的深度。测试区域内的堤防工程主要建筑在基础为抛石的地基上，并且地基结构属于土石混合型，迎水面方向主要是类似于直立的浆砌石挡墙，墙体后方为人工填土，此外，人工填土的下层主要由淤泥、淤泥夹薄层粉细砂以及含泥细砂层等组成。针对以上工程地质情况，我们采取高密度电法来勘测抛石层堤的挤淤深度以及横断面的具体形态。具体步骤为先在堤轴线位置布设高密度电法的剖面，且依据控制抛石层横断面形态的要求来设置测线之间的间距。测试结果显示，电阻率由高到低分为3层，起伏不大。依据施工现场的高密度电法的测试结果以及工程地质相关资料进行分析计算。比如，我们将抛石以及填土的划分依据设置为30～40Ω·m，将填土、淤泥、淤泥夹薄层粉细砂以及含泥细砂层的划分依据设置为小于l0Ω·m。则经过分析计算后得知，砌石层的厚度大约为6.0m，填土的厚度大约为2.0～4.0m高程以下为淤泥、淤泥夹薄层粉细砂或含泥中细砂层。

2.2高密度电法勘探地下水

该应用实例主要为利用高密度电法来勘探地下水。经过实地勘察得知某地区的地质类型属于花岗岩，由于工业污染该区域浅层水无法饮用。为了解决当地居民的饮水问题，需要在该地质区域内打一口深水井。依据该工程地质的情况，我们选取一处进行测试，测试区域类的地质构造相对较为简单且多属于丘陵地形，地层岩石分布主要有玲珑花岗岩以及第四系的地层。第四系的地层的主要成分为粉土、砂和卵石，地层深度仅有数米，厚度相对较薄，且分布位置躲在山脚以及沟谷区域。大部分的范围主要分布着玲珑花岗岩，且呈现出大面积的裸露现象，仅有小部分的花岗岩分布在山脚以及沟谷里面。仅推测地下水位的深度约为100m。所测区域内岩石的电阻率为，第四系地层的电阻率约为30～250Ω·m；风化破碎的花岗岩的电阻率主要为500～1000Ω· m；完好的花岗岩的电阻率则高于1500Ω·m通过这些基础数据的收集，确定该地址区域能够采用高密度电法进行测探。我们采用高密度电法开始进行实地勘查，首先依据该地区的地形地貌选择一种较为平坦的区域进行操作，然后在该区域大致垂直的NNE方向上布设两条测试线，且测试线长度均为500m，将电极距离设置为5m，点距间距设置为5m，电极设置为101根。此外利用温奈尔设备将测试的深度设置为1～33a之间。布设完毕之后开始进行实地测量，测量结果为异常电阻现象主要发生在320～ 350m水文断面位置，且宽度大约为30m左右，属于垂直发育状态，电阻率等级相对较低。异常电阻垂直的方向深度超过100m。另外一条测试线测试的结果与第一条侧向的结果接近，偏离巧度。因此，我们推断这条电阻的异常带就是我们所要寻找的构造裂隙带，若在该裂隙带内部布置深井，成功的概率较大。经过以上的探测以及相关的推断，工作人员在第一条测试线330m的位置确定了深井的钻井位置，且孔深达到了211.02m。测试完毕之后开始钻井并抽水检测，并和相关水质标准进行比较，确定了该水质完全符合饮用水的标准，可以进行深井的开挖工作。

通过以上两个实例的分析，我们可以看到高密度电法在坝堤深度测试以及地下找水工程中的具体应用。该方法施工相对简便，经济成本较低，且探测的结果准确率较高，能够用于指导相关工程活动的开展，为水文地质以及其他工程地质类活动提供的基本的依据和相关参数，显示了其极大的优越性能。

3　结束语

高密度电法作为一种新型的电探技术，其通过高密度的观测点，能够实现对水文地质以及工程地质的勘查和探测，在工作的时候能够有效降低电磁的干扰以及故障，勘查结果准确，误差小，且勘查的速度快，效率高。随着科学技术的不断发展和进步，高密度电法也应该积极结合当前先进的科学技术，不断完善不断发展，从而能够更好的指导各类工程实地勘查工作。

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P631.3

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1673-0038（2015）39-0240-02

2015-9-6