谈高密度电法在工程地质勘察中的运用范文

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摘要:高密度电法是基于垂向直流电测深、电测剖面和电阻率层析成像的物探方法，被广泛的应用于地质灾害调查及工程勘察中。高密度电法测量的二维地电断面可以将基岩界限以及基岩构造很直观的体现出来，可以明确与围岩具有电性差异的破碎构造的发育状况，以及圈定构造发育的范围。本文就高密度电法在工程地质勘察中的应用实例进行分析研究，主要应用高密度电法来勘察基岩面、断层破碎带、含水构造带、土洞、溶洞等不良地质体。

关键词：高密度电阻率法；基覆界线；断层；破碎带；溶洞；土洞

1引言

电法勘探作为地球物理勘查的一个重要分支，已广泛应用于工程勘察及地质灾害调查中，并取得了较好的应用效果。高密度电法的效果既可以与剖面法的效果相比，又可以媲美电测探法的效果。高密度电法的优点非常多，最突出的是以下几点：第一点距小；第二数据采集的密度偏大；第三可以将基岩的起伏状态很直观的体现出来；第四可以将地质构造进行直观的反映。

2高密度电阻率法的运行原理分析

高密度电阻率法需要以地下介质间的导电性差异为物理前提，可将其视为传统的以垂向电测探法和电阻率剖面法，其运行原理依然是常规电法勘探的原理，即利用天然或人工电场，对不同岩层的电性差异引起的电场异常来查明岩层和构造等问题。高密度是一种陈列电阻率勘探方法，主要用于浅层电阻率测深剖面法。当测量地点在野外的时候，要注意集中所有的电极到测点上，借助电测仪或者程控电极转换器进行相关数据的采集。这样的方法工作效率非常高，因为电极可以一次性布置完成，可在程序控制下自动完成数据的采集，避免了手动操作的失误率。并且电极一次布置完成，可以针对电极装置进行多次测量，获取所需的各种地电断面信息。高密度电法与常规的电法相比，配置了多道电极转换开关，可以实现测量电极的自动转换，一次性测量还可以确保测量数据具有较高的分辨率和精度，可以确保其直观性、以及高效性。影响岩土电阻率的因素有很多，例如介质成分、岩土结构、岩土构造、岩土空隙度以及岩土的含水量等。如果有以下情况，电阻率剖面上将会呈现低阻异常：第一构造发育带或富水区，第二电阻率降低，第三空隙度变大，第四裂隙发育，第五含水量增加。所以通过对电阻率剖面上的异常信息的分析，就可以进行勘察。高密度电阻率法室内资料分析指的是通过相关软件对野外采集的数据进行分析、计算、并绘制成图。经常使用到的软件有以下三种：第一电法处理辅助软件、第二电阻率反演成像系统RES2DINV、第三Surfer成图软件等。高密度电阻率法室内资料分析主要分三步，第一步，初步分析野外采集的原始数据，将畸变点进行剔除；第二步，将经过初步处理的数据进行成像处理，使用RES2DINV增加地形信息，做地形改正和深度反演拟合；第三步，综合分析成像结果，并且借助Surfer、AutoCAD等软件绘制图件，作为最终的分析成果。在进行资料处理的时候，视电阻率断面图发挥着不可或缺的作用，也是高密度电法勘探的其中一种定性图件。视电阻率断面图可以对电性分布的特征进行显示，而根据显示出来的相关电性分布特征就可以锁定地质体的视电阻率范围，明确电性异常点。然后再利用已知地形、相关地质材料、实际使用电极装置等确定电性异常的诱因，然后排除一切干扰因素后确定真实异常，找出目的体的位置。最常见的电性异常诱因有三种：第一种是地形因素引起的假异常，第二种是局部不均匀体引起的异常，第三种是探测目的地质体引起的真异常。

3野外工作方法

集中式高密度由测量主机、多路电极转换器、集中式高密度电缆、铜电极组成。高密度电阻率法有多种装置形式，主要有：（1）温纳排列（α排列）、（2）偶极装置（β排列）、（3）施伦贝尔排列排列、（4）三极AMN排列或MNB排列。工程勘察中较常用到的装置为温纳排列。

4工程实例应用

4.1基岩界线探测

下图为某水库岸边的高密度电法探测图。测线总长232m，采用温纳排列方式，电极距8m，共布置30道。从图上可以看出该地层从上而下视电阻率增大，基岩界面较清晰。下图为某隧道工程的高密度电法探测图。测线总长408m，采用温纳排列方式，电极距8m，共布置52道。从图上可以看出该地层从上而下视电阻率增大，基岩界面较清晰。里程k3+140~210段基岩埋深较浅，覆盖层厚度小于2m。

4.2断层及破碎带探测

下图为某引水工程中隧道段的高密度电法探测图。测线总长472m，采用温纳排列方式，电极距8m，共布置60道。从图上可以看出测线120~280m段上部基岩完整性较好，下部54m以下出现低阻抗段，呈椭圆形，推测为破碎带，岩体完整性差，可能富含水，隧道施工需加强围岩支护和排水措施。某高校为了解决学校的用水问题，需要在指定的范围内选择深水井施工点。该井计划井深130m~150m，开孔口径220mm，终孔口径不小于110mm，要求成井日出水量不少于200m3/d。根据高密度电法探测图中圈定的破碎含水带位置确定深水井的施工位置，成井后实测稳定出水量平均为9.78m3/h(合234.8m3/d)。

4.3土洞、溶洞探测

下图为三明某建筑场地的高密度电法探测图。从图中可以溶洞表现为低阻，围岩相对为高阻，反映非常明显。在6m深度以上分布多个小土洞，大小不一；在测线55m~65m处表现为低阻，呈椭圆状，为溶洞发育，并与覆盖层相连通。

5结束语

实践结果表明，高密度电阻率法在工程勘察中应用广泛，对基岩界线、断层及破碎带、溶洞等地质构造均可取得较理想的探测效果，能真实、直接地反映出工程地质、水文地质等问题。地质钻探结合高密度电阻率法进行综合地质勘探，点与面的综合分析，更加直观的反映地质情况，可快速、科学合理地对场地作出地质评价。

参考文献：

[1]邓超文.高密度电法的原理及应用.韶关学院学报,2007(28):65~67.

[2]傅良魁.应用地球物理教程-电法勘探[M].北京地质出版社.1991.

[3]刘晓东,张虎生,朱伟忠.高密度电法在工程物探中的应用[J].工程勘察,2001(4):64~66.

作者：陈少博 单位：福建华东岩土工程有限公司