高密度电法在堤防隐患探测中的应用

摘 要：高密度电法因其所具有的一次布极可进行多种装置测量并获得丰富的地电信息，因此在水、工、环地质等方面得到广泛应用。在本文中，笔者以黄河长垣段堤防隐患探测工作为例，深入地分析了高密度电法在堤防隐患探测中的实际应用，以供参考。

关键词：高密度电法；探测；工作原理；数据处理；成果

中图分类号：P631.3 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）21-0159-02

1 前 言

高密度电法是常用于水文、工程、环境的一种地质勘探手段，能有效的配合钻探解决地质方面的一些问题。它是基于常规电阻率法勘探原理并利用多路转换器的供电、测量电极的自动转换，配合常规电阻率的测量方法及电阻率成像等高新技术来进行高分辨率、高效率的电法勘探。

高密度电法具有体积小、功耗低、操作方式灵活、测量参数多、资料解释方便等优点决定了它在勘探时的优越性，因此我们尝试在部分工程实践中逐步代替钻机工作高效地解决一些实际问题。

下面，将高密度电法在野外工作、后期数据反演处理及工程问题解译作简单的介绍，并结合在黄河长垣段堤防隐患探测中取得的效果来分析高密度电法的优越性。

2 问题的提出及工作原理

高密度电法勘探较传统的钻机钻探能节省巨大的劳动力且效率高，在工程勘察某些领域能有效地配合或代替传统的钻探工艺。受新乡黄河河务局长垣黄河河务局委托，我单位在其管辖范围内重点堤段开展堤身隐患探测工作。此次探测工作涉及的堤段为黄河左岸太行堤防和临黄堤防。根据搜集到的现有地质资料及现场调查，大堤堤身及堤基材料大致由粉土、壤土、砂壤土、粘土、砂组成，堤身高8～10m。

本次隐患探测全部采用了高密度电阻率方法，根据探测要求，选用了施龙贝格装置，工作原理如下。

施龙贝格装置是高密度电法的一种工作模式。在测量时，供电电极A、B对称等距离布置在测量电极M、N的两侧，四极皆在一条直线上，测点O位于中心，AO=BO，MO=NO。剖面测量时，装置按设定的层数移动，同层AMNB保持不变，横向移动；层数增加，AB擴大，MN间距不变，如图1所示。

根据实施方案的要求，探测工作全部采用高密度电阻率法，测线顺堤布置，距临河堤肩约1m。在野外工作时，采用90V恒压供电，保证底部数据的可靠性，点距采用2m，采用6层扫描，最大探测极距15m，最大有效探测深度在9～10m，可满足探测要求。

测段距离的控制，首先以测段起点的大堤桩号为基点，后延13m距离，以保证测点起点位置与大堤桩号基本重合；在测线终点则超过测段大堤桩号同样距离，以保证测点终点位置超出大堤桩号。

工作过程中，严格执行《水利水电工程物探规程》（SL326-2005），确保成果质量。

3 数据处理思路

3.1 原始资料评价

普通探测资料重复检查占总数据的6.3%，数据均方误差2.3%，符合《水利水电工程物探规程》（SL326-2005）要求。

3.2 数据处理

普通探测数据处理流程如下：

数据格式转换→非值剔除→数据抽取→曲线连接→成图→分析。

详细探测数据处理流程如下：

数据格式转换→非值剔除→网格化处理→生成图形文件→成图→分析计算→绘制成果图。

3.3 资料解释

在理想条件下，将大堤视为均质体，其电阻率在垂直和水平方向变化不大，电场分布均匀；当堤身或堤基存在隐患时，均质体被破坏，导致电场分布发生变化，它反映在隐患位置上，所观测的视电阻率发生变化；通过视电阻率成像和反演技术，结合地质情况，即可推断出隐患的性质、部位和埋深。

普通探测资料解释的主要内容是绘制测段视电阻率曲线图，根据曲线图分段统计出平均值、最大值和最小值，并且通过7点圆滑计算出背景值，并根据圆滑背景曲线分段；分析各处电阻率值，当大（小）于背景值的20%时，判断为该段中的异常（隐患），并标出异常点和异常段的位置，对异常点和异常段进行综合评判，剔除假异常；根据异常点（隐患）的个数与该段堤身相对长度的比值（k），对堤身质量进行评价。

在普通探测统计出的重要堤段内进行详细探测，详细探测资料解释的主要内容是绘制等级剖面图，就是用计算机对视电阻率进行数理统计处理后划分出等级强度的剖面图，绘制成黑白灰阶图或彩色色谱图。这种方法简明形象地描绘了地电断面的结构与分布形态，直观形象，易于判读。

如图2所示。

隐患位置标注方法为：公里桩+距离，临黄堤距离为正，向下游测量；太行堤距离为正，向上游测量。

4 成果分析

本次探测完成测量堤防5段，其中临黄堤防四段，太行堤防一段，总长1806.4m。

临黄堤防普通探测6+000～8+000段视电阻率由于各段堤身岩性组成的差异引起曲线整体起伏较大，根据其范围将其分为两段，各段分析如下：

6+000～6+800段，电阻率曲线整体起伏不大，堤身视电阻率主要分布在15～40Ω·m，堤身视电阻率平均值为27Ω·m，计算出的异常点5处。堤身质量系数k为6，根据堤身质量评价标准，判定为堤身质量较好段。

（1）6+800～8+000段，电阻率曲线整体起伏较大，堤身视电阻率主要分布在30～100Ω·m，堤身视电阻率平均值为50Ω？m，计算出的异常点7处。堤身质量系数k为6，根据堤身质量评价标准，判定为堤身质量较好段。

（2）临黄堤防普通探测29+500～30+420段电阻率曲线整体起伏较大，堤身视电阻率主要分布在35～75Ω·m，堤身视电阻率平均值为55Ω·m，计算出的异常点6处。堤身质量系数k为7，根据堤身质量评价标准，判定为堤身质量较好段。

（3）临黄堤防普通探测33+000～34+500段视电阻率曲线整体起伏不大，堤身视电阻率主要分布在30～60Ω·m，堤身视电阻率平均值为40Ω·m，计算出的异常点5处。堤身质量系数k小于5，根据堤身质量评价标准，判定为堤身质量良好段。

（4）临黄堤防普通探测41+584～42+764段视电阻率曲线整体起伏不大，堤身视电阻率主要分布在20～40Ω·m，堤身视电阻率平均值为33Ω·m，计算出的异常点5处。堤身质量系数k小于5，根据堤身质量评价标准，判定为堤身质量良好段。

临黄堤防30+420～31+256段详细探测剖面图如图3。

30+420～31+256段详细探测段长836m，探测剖面图视电阻率等值线呈成层状分布，堤身上部均匀性较好；测段内有明显隐患8处，均位于堤身中下部位，详见表1。

5 结束语

此次使用高密度电法不仅为设计争取了时间，而且有效的降低了野外人工劳动的强度和成本，自动化程度得到了很大的提高。同时本次电法成功的应用给我们拓宽了新的工作思路，下一步我们将考虑应用于水文地质勘察和地下水资源评价中，创造出更好的经济效益和社会效益。

参考文献

[1]董浩斌.王传雷.高密度电法的发展与应用[J].地学前缘（中国地质大学，北京），2003，10（1）：171～176.

[2]冯国雷.高密度电法在在工程勘察中的应用[J].山西建筑，2007，33（4）.

[3]祁曾云.高密度电法在工程中的应用实例[J].西北水电，2007（4）.

[4]《工程地质手册》第四版.

收稿日期：2018-6-2

作者简介：牛永强（1986-），男，助理工程师，本科，主要从事地质工程勘察及岩土工程勘察工作。