高密度电法在港口湾水库灌区工程地质勘察中的应用

王建军

（安徽省水利水电勘测设计研究总院有限公司，安徽 合肥 230022）

高密度电法是人工在地下建立稳定的直流电场，利用不同岩土导电性、构造、溶洞等的物性差异,研究电流在探测的岩土层中的分布规律，达到识别、探明溶洞分布情况，是一种常见的地球物理方法。高密度电法具有一次性采集数量大、观测精度高等优点，既能反映地下某一深度水平向岩土体电性变化，同时能够提供地层岩性沿纵向的电性变化，在结合地质钻孔资料的基础上，通过视电阻率等级剖面图识别出地质构造的情况，为下一步的工程地质勘查提供基础数据。本文介绍了高密度电法在港口湾水库灌区工程石壁山干渠5#渡槽溶洞勘探中的应用实例以及在工程地质勘察中的应用。

1 工程概况

港口湾水库灌区工程石壁山干渠5#渡槽，位于石壁山干渠桩号13+172～13+562 处，该处地形起伏较大，渡槽采用梁式结构，全长390m，共计30 跨，基础采用混凝土灌注桩，灌注桩所在位置的地质情况将决定设计的参数。根据前期勘察资料，渡槽所在区域下伏基岩为石灰岩，局部岩溶较发育，采用传统钻探手段完全查明溶洞情况，工作量较大，工期较长，故此次通过工程物探（高密度电法）手段查明下伏基岩岩溶发育情况，再结合钻探，为继续开展工程地质勘查提供基础数据。

2 高密度电法工作原理及测线布置

2.1 工作原理

高密度电法是基于传统电法理论，在计算机、信息测控等现代科技基础上发展起来的新一代电法仪器，采用阵列勘探方法，由主机、电路电极转换器和电极系统组成，野外测量时将全部电极（几十至上百根）置于测点上，自动转换电极装置形式、极距及测点等，即可实现数据高效快速的自动采集。采用数据处理软件，通过色谱图绘制出视电阻率等级剖面图，可直观形象地表现出地电断面的结构与分布形态。

其基本原理是通过直流电源给AB 极供电，形成回路，测量MN 电位差，计算视电阻率ρs的变化来判定溶洞的位置和大小。

式中，ΔU 为MN 间电位差，K 为装置系数，I为供电回路电流。

本次采用DUK-2A 型高密度电法仪，可一次性布置60 个电极，电极距可由1m 至10m，根据探测深度、探测精度自主选择。

2.2 工作布置

根据需求，对渡槽下伏基岩岩溶发育情况进行探测，故本次测线布置，沿渡槽轴线布置。在本次测试区域内，垂直于测线方向有两条混凝土道路和一条渠道。测点布置在混凝土道路，会因地表导电条件差影响测试数据效果；测试范围内的渠道，为矩形渠道，高差大，达到3m，在此处布置测点，对数据反演效果会产生较大影响。所以无法从渡槽起点到终点一次性布线，故将测区范围内，划分为三条高密度电法测线，中间缺失两小段，后期采用钻探方式获取地质资料。测线一：起点位于槽身起点处，终点至渠道南侧，沿渡槽轴线布置，测线长154m，由3 组数据拼接而成，采用温纳装置，电极距为2m，隔离系数为16。测线二：起点位于渠道北侧，终点至北侧混凝土道路边缘，沿渡槽轴线布置，测线长118m，采用温纳装置，电极距为2m，隔离系数为16。测线三：起点位于北侧混凝土道路边缘，沿山谷往西北方向布设，测线长118m，采用温纳装置，电极距为2m，隔离系数为16。

3 数据分析

采用GPS 测量出测线上所有电极坐标信息，对采集到的原始数据加入地形信息，首先通过反演软件剔除原始数据中的奇异点，然后进行二维数据反演，最后生成含地形信息的视电阻率剖面图。通过视电阻率等级剖面图可以看出：

测线一，浅部视电阻率低阻区域为泥质砾卵层在雨后富水所显示的情况，下部视电阻率较高部分为微风化或新鲜石灰岩；在24 号电极，左右各4m范围，测线42～50m处；36 号电极，左右各6m 范围，测线64～76m处；54 号电极，左右各4m 范围，测线102～110m处；视电阻率剖面图底部高阻不连续，存在相对低阻区域，疑似下附溶洞位置，溶洞内富水，导致视电阻率值在剖面图上呈现下降趋势（见图1）。

图1 测线一视电阻率剖面图

测线二，浅部视电阻率低阻区域为泥质砾卵层在雨后富水所显示的情况，下部视电阻率较高部分为微风化或新鲜石灰岩；在27 号电极，左右各4m范围，测线48～56m处；50 号电极，左右各4m 范围，测线94～102m处；视电阻率剖面图底部高阻不连续，存在相对低阻区域，疑似下附溶洞位置，溶洞内富水，导致视电阻率值在剖面图上呈现下降趋势（见图2）。

图2 测线二视电阻率剖面图

测线三，测线0～70m，浅部视电阻率低阻区域为泥质砾卵层在雨后富水所显示的情况,测线下部视电阻率较高部分为微风化或新鲜石灰岩；测线70～118m 浅部为覆盖层较薄，覆盖层下方即为微风化或新鲜石灰岩，故呈现为视电阻率高阻。在28 号电极，视电阻率剖面图呈低阻异常，疑似存在一条破碎带，影响宽度约22m（见图3）。

图3 测线三视电阻率剖面图

从视电阻率剖面图可以看出，当存在溶洞时，受溶洞内低阻介质影响，视电阻率剖面图将出现不连续现象，出现相对低阻异常，后期再通过钻孔进一步确认溶洞具体大小、深度和范围，从而获取准确的地质信息。

4 结语

高密度电法在地质勘探中使用较为广泛，相对常规电法数据密度大、覆盖性好，能较好地获取目标地质体的特征，通过地电结构，为钻探提供下一步工作的方向和信息，有利于更加准确地查明地质构造。在高密度电法工作前，需要充分收集工程相关地质构造资料，了解探测区域地形地质条件，确认具备开展高密度电法探测条件，选择正确的测线方向、长度以及使用适当的电极距和装置形式等参数，同时要确保原始数据的准确性和计算中参数取值，这样才能获得有效的反演数据，达到最佳的探测效果。本次高密度电法工作，根据现场工作环境和对探测目标深度的要求，共设置3 条测线，高密度电法探测数据采集效果良好，通过对视电阻率剖面图的分析，认为剖面图下部相对低阻区域是下部溶洞内低阻介质造成的影响，后经过钻孔揭露物探结果与溶洞实际发育位置基本一致，说明高密度电法是一种有效的地质勘察手段，在与钻探结合情况下，能够快速准确地应用在地质勘察工作中，提高工作效率和准确性