高密度电法在覆盖层勘察中的应用

张建国 严武平

摘  要：高密度电法在地质勘察中有着效率高、成本低、信息丰富、效果好等优点被广泛应用。文章简述了高密度电法的基本原理、野外工作方法，并将该方法应用于某测区覆盖层探测，结合钻探资料，查明了该测区覆盖层厚度及岩层分布规律。通过实例表明高密度电法在覆盖层厚度勘察应用中具有有效性和实用性。

关键词：高密度电法;电阻率;覆盖层;地质勘察

中图分类号：P631.4       文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）16-0159-02

Abstract： High density resistivity method is widely used in geological exploration for its advantages of high efficiency， low cost， rich information and good effect etc. In this paper， the basic principle and field work method of high density resistivity method are briefly described， and the method is applied to the exploration of overburden in a survey area. Combined with drilling data， the overburden thickness and rock distribution law in the survey area are found out. The example shows that the high density resistivity method is effective and practical in the application of overburden thickness survey.

Keywords： high density resistivity method; electrical resistivity; overburden; geological exploration

1 概述

高密度电法是集电阻率剖面法和电阻率测深法于一体的一种多装置、多极距的组合方法，它具有一次布极即可进行装置数据采集以及通过求取比值参数而突出异常信息[1]，数据稳定性好，抗干扰能力强。高密度电阻率法在原理上仍属于电阻率法的范畴，但与常规电阻率法相比，具有以下特点[2]：

（1）电极布设一次完成，减少了因电极设置而引起的故障和干扰，为野外数据的快速和自动测量奠定了基础。

（2）能有效进行多种电极排列方式的扫描测量，因而可获得较为丰富的关于地电断面结构特征的地质信息。

（3）野外数据采集实现了自动化或半自动化，不仅采集速度快，而且避免了由于手工操作所出现的错误。

（4）可以对资料进行预处理并显示剖面曲线状态，脱机处理后还可以自动绘制和打印各种成果图件。

（5）与传统电阻率法相比，成本低、效率高、信息丰富、解释方便、勘探能力显著提高。

在地质勘察中，查明第四系覆盖层厚度、风化带的厚度与分层、基岩面埋深及其界面的起伏形态是一个基本要求。但仅采用钻探勘察，不仅工作效率低，而且结果通常具有局限性。高密度电法由于具备上述优点，因此被广泛应用于地质勘察中。本文通过工程实例探讨高密度电法在覆盖层厚度勘察中的实际应用效果。

2 基本原理

2.1 基本原理

高密度电法[3]是一种陈型的电阻率勘探方法，是以岩石、矿石的电性差异为基础，研究在人工建立的地下稳定电流场作用下，地质体传导电流的分布特征和变化规律，以便查明地质构造的一种地球物理勘探方法。高密度电法的基本原理与常规电阻率法相同，如图1所示，在实际工作中，A、B为供电电极，M、N为测量电极，通过仪器测出电流I和MN处的电位差？荦u，电阻率按下式计算：

在实际测量中，由于地形起伏、地下介质不均匀及各向异性等原因，使得实际测得的电阻率值不是岩石的真电阻率，而是地下电性不均匀体和地形起伏的一种综合反映，因此称之为视电阻率[4]。供电电极间距的不同，可得到不同深度的视电阻率，通过视电阻率的分布规律，可了解物性变化[5]。

2.2 工作方法

高密度电法在地质勘察中常用排列方式有温纳排列α、偶极排列β、施伦贝谢尔排列α2、三极AMN排列或三极MNB排列，施伦贝谢尔排列在深度方向上分辨率较高，电阻率的横向变化对其影响较小。如图2所示，施伦贝谢尔排列的电极排列顺序为A，M，N，B（其中A和B是供电电极，M和N是测量电极）。开始测量时，AM、MN、NB之间相等，为一个电极距，A、B、M、N逐点同时向右滚动，即得第一条剖面线;然后AM和NB同时增加一个电极距，但MN一直保持一个电极距，A、B、M、N逐点同时向右滚动，得到另一条剖面线;经过这种方法不停采集直至结束，最终的测量断面为倒梯形。

3 工程实例

在实际应用中，根据勘察目的及地质情况，选用合适的装置形式，采取合理的电极个数、电极距以及剖面数，以达到提高探测精度的目的。由于测区地形开阔平缓，接地电阻较小，为了提高深度方向的分辨率，本次装置形式选择施伦贝谢尔，电极间距5m，总电极数60根。图3为该场地高密度电法反演色谱图。

测区覆盖层主要为第四系红粘土，下伏基岩为灰岩。由色谱图可以看出，电阻率在横向上变化不大，在纵向上电阻率逐渐变高，电阻率呈现明显的层状结构，岩层的电阻率差异较明显，其中覆盖层的电阻率表现为低阻，底部相对高阻为基岩反映，覆盖层与基岩之间存在明显电性差异。结合地质钻探资料，将300？赘·m左右的电性层推断为灰岩与覆盖层的分界线，其中覆盖层电阻率约15？赘·m～300？赘·m，局部由于松散碎石土导致电阻率稍高，覆盖层厚度在55m～130m段和245m处较浅，约9m，在155m～180m段最深，约20m;基岩电阻率约300？赘·m～3000？赘·m，其中完整致密灰岩电阻率大于800？赘·m左右，而强风化、岩体破碎、节理裂隙发育的灰岩电阻率约300？赘·m～800？赘·m。

4 结束语

本文结合了工程实例，说明了高密度电法在覆盖层厚度勘察中取得了良好效果，是一种经济、快速有效的探测方法。它兼具电剖面法和电测深法的性质，有点距小、数据采集密度大的特点，能较直观、形象地反映基岩起伏变化，结合钻探资料，不仅可减少钻探工作量，还可对地下岩层进行更为准确的覆盖层厚度和岩层划分。

参考文献：

[1]袁海峰，王伟.高密度電法在冻土地区查找基岩面中的应用[J].陕西建筑，2014，3：43-45.

[2]刘斌，张光保.高密度电法在隧道涌水通道勘查中的应用[J].工程地球物理学报，2012，9（6）：750-754.

[3]周俊杰.资源与工程地球物理勘探[M].北京：化学工业出版社，2017：146-147.

[4]刘国兴.电法勘探原理与方法[M].北京：地质出版社，2005：15-16.

[5]刘海生.高密度电法在探测煤矿地下采空区中的应用研究[D].太原：太原理工大学，2006：14-15.