對(duì)高密度電法在工程勘查應(yīng)用中的探討
楊國(guó)華
摘 要:高密度電法在工程勘察中得到了廣泛的應(yīng)用，已成為工程物探的一種主要方法之一，下文就高密度電法在工程勘察中的應(yīng)用展開了探討。
1方法技術(shù)簡(jiǎn)介
高密度電阻率法與常規(guī)直流電法的基本原理相同。高密度電阻率法是一種陣列式電阻率測(cè)量方式，它集中了電剖面法和電測(cè)深法，裝置選擇上可采用二極裝置（AM）、三極裝置（AMN）、聯(lián)合剖面裝置（AMN∞MNB）、對(duì)稱四極裝置（AMNB）、偶極裝置（ABMN）和微分裝置（AMBN），在電極的選擇上按一定的方式組合后構(gòu)成測(cè)量系統(tǒng)。該系統(tǒng)與普通電阻率法不同的是在觀測(cè)剖面上設(shè)置密度較高的觀測(cè)點(diǎn)，在實(shí)際測(cè)量時(shí)，利用電極轉(zhuǎn)換開關(guān)將每4個(gè)電極進(jìn)行組合，從而在一個(gè)測(cè)點(diǎn)上獲得不同深度的測(cè)量參數(shù)。高密度電法布極方式如圖1，其中A、B極為供電電極，M、N為測(cè)量電極。

 

各測(cè)點(diǎn)視電阻率值ρs=K×△U/I，其中△U為M和N之間的電位差，I為供電電極（A、B）的供電電流，K為裝置系數(shù)。通過(guò)不同測(cè)點(diǎn)以及不同極距的觀測(cè)，可獲得剖面上地層電阻率的分布情況。
2實(shí)例分析
2.1巖溶、采空區(qū)探測(cè)
巖溶個(gè)體的發(fā)育是無(wú)規(guī)律的，但其巖溶帶或地下河的發(fā)育一般是有一定走向的，巖溶洞穴一般以空腔（無(wú)水）或充水或充填泥（砂）的形式存在，充填水或泥（砂）等相對(duì)于灰?guī)r（或白云巖）來(lái)說(shuō)是明顯的相對(duì)低阻，因此往往表現(xiàn)為明顯的低阻異常，該類異常容易識(shí)別；但如果巖溶洞穴為空腔（無(wú)水、泥砂充填）時(shí)，洞穴反映的是很高的電阻率，而完整灰?guī)r體（特別是致密灰?guī)r）的電阻率也很高，由于灰?guī)r中裂隙往往較發(fā)育，而局部形成完整灰?guī)r體，也會(huì)形成局部的相對(duì)高阻，因此難以判別，會(huì)形成一些假像。對(duì)于該類異常的判別，應(yīng)該要結(jié)合場(chǎng)地的地質(zhì)條件，特別是地下水水位情況，如高阻異常位于水位之上方，根據(jù)高阻異常閉合圈的規(guī)模以及形態(tài)結(jié)合場(chǎng)地巖溶的一般發(fā)育規(guī)律，一般可判定異常的性質(zhì)。如果高阻異常明顯位于水位下方，則不會(huì)是巖溶引起的異常，這時(shí)巖溶應(yīng)表現(xiàn)為低阻異常。
對(duì)于廢棄多年的采空區(qū)，如有的地段已充盈地下水或已坍塌（多是廢棄的采空區(qū)），往往表現(xiàn)為低阻特征；有些地段保持原有形態(tài)，且沒有地下水，則表現(xiàn)為相對(duì)高阻特征。利用這些特征可以確定場(chǎng)地的采空范圍以及塌陷位置，見圖2，相對(duì)高阻異常部位為采空區(qū)域，低阻異常位置為充盈地下水或淺部垮塌區(qū)域。
 

 

2.2滑坡勘查
所謂滑坡就是處于陡峭坡地上的土體或巖體，由于巖土體內(nèi)部存在結(jié)構(gòu)面或軟弱面，在自重作用下使其失穩(wěn)而引起滑移，由于滑動(dòng)往往形成滑動(dòng)面。有些滑動(dòng)面存在土體中，有些存在巖體中。圖3為一滑坡體主滑向勘查剖面視電阻率等值圖，從視電阻率等值線剖面圖上看，在約10 m深度處存在一低阻帶，局部阻值更低，表現(xiàn)為局部低阻閉合圈。單就電法解釋剖面圖上看，判斷低阻帶處于覆蓋層中還是巖體中，尚不能判斷；通過(guò)結(jié)合地震折射波法勘查結(jié)果，推斷覆土厚度約為3～5 m，強(qiáng)風(fēng)化和弱風(fēng)化巖體界線大約位于12～15 m，因此，判斷低阻帶發(fā)育于強(qiáng)風(fēng)化巖層中�？辈闀r(shí)正值豐雨季節(jié)，強(qiáng)風(fēng)化巖層中發(fā)育的網(wǎng)狀裂隙儲(chǔ)存了豐富的水份形成低阻帶，由于處于飽水狀態(tài)，加之巖體破碎，因此認(rèn)為，處于低阻帶中心連線是形成滑動(dòng)面的最薄弱的、有利地帶。圖4為鉆探結(jié)果剖面圖，根據(jù)鉆探揭示，滑動(dòng)面發(fā)育于強(qiáng)風(fēng)化巖體中，深度與物探解釋結(jié)果基本吻合，因此可知，高密度電法在該場(chǎng)地滑坡體的勘查中取得很好的效果。針對(duì)滑坡區(qū)域，布置了縱橫共5條物探勘查剖面，為滑坡的治理方案提供了準(zhǔn)確資料。
 

 

2.3巖性分界和斷層探測(cè)
圖5為某一水利樞紐壩址的電法勘查剖面視電阻率等值線圖，是經(jīng)過(guò)對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行地形改正并進(jìn)行多次迭代反演的結(jié)果，從反演結(jié)果與地質(zhì)勘察結(jié)果（見圖6）對(duì)比，發(fā)現(xiàn)在剖面的190點(diǎn)處（即地質(zhì)界線位置），往小號(hào)一側(cè)為粉砂質(zhì)泥巖，其電阻率值相對(duì)較高，而往大號(hào)側(cè)泥巖電阻率相對(duì)低；另外，水體和砂卵石層電阻率值也較泥巖高，與粉砂質(zhì)泥巖接近。從ZK6-1鉆孔上發(fā)現(xiàn)在深度60~65 m段巖芯較破碎，其對(duì)應(yīng)于岸堤附近的斷層，認(rèn)為斷層向河中延伸，但電阻率等值線上相應(yīng)位置未發(fā)現(xiàn)明顯異常，表明在低阻地層中較難探測(cè)到較小規(guī)模的斷層，只能基本區(qū)分粉砂質(zhì)泥巖及泥巖這些近似巖性的差異。而對(duì)于較大型的斷層，或者發(fā)育在較高阻區(qū)的小規(guī)模斷層，高密度電法效果比較好。
 

 

2.4地形或地表不均勻形成的異常的判斷以及排除干擾的方法
在灰?guī)r地區(qū)，特別在一些基巖局部裸露或埋藏淺的地段以及局部地形突變（溝坎等），形成的地表起伏常常對(duì)電法觀測(cè)結(jié)果造成較大影響（如形成假異常），以至于對(duì)資料解釋工作造成較大的難度。下圖為某地電法勘查成果圖，在踏勘布極時(shí)，發(fā)現(xiàn)在102號(hào)點(diǎn)附近發(fā)育有一條寬約2 m、深約6 m的溶溝，該溶溝形成的負(fù)地形在電阻率等值線上形成了高阻異常帶。為了消除影響，分別采用了三級(jí)測(cè)深裝置和溫納裝置。從圖7~9中可看出，圖7視電阻率等值線圖（采用三極測(cè)深裝置，供電極處于溝坎處）中，在102點(diǎn)處有一地形突變（溝坎）引起的高阻異常，往小號(hào)一側(cè)出現(xiàn)由溝坎引起的高低阻相伴異常，圖8視電阻率等值線圖（亦采用三極測(cè)深裝置，但測(cè)量電極處于溝坎處）則在右側(cè)出現(xiàn)溝坎引起的高低阻相伴異常，而在圖9圖（采用溫納裝置）中可反映出負(fù)地形下方未受地形影響的信息。由上述可看出，通過(guò)采用不同裝置的觀測(cè)方法，可以有效避開地形、地表不均勻的影響，從而獲取有效的探測(cè)信息。
 

 

3結(jié)語(yǔ)
高密度電法工作效率高、費(fèi)用低，是一種有效的勘查手段，獲得了良好的效果。但在進(jìn)行物探勘查之前應(yīng)對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行初步了解，選擇合理的物探方法或合理的工作方式，排除干擾因素，同時(shí)在資料的解釋過(guò)程中要緊密地結(jié)合場(chǎng)地地質(zhì)情況進(jìn)行綜合分析，這樣才能得出更準(zhǔn)確地解釋結(jié)果。

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