高密度電法在水文地質和工程地質中的應用

付 杰

(貴州省六盤水市水利水電勘測研究院，貴州 六盤水553001)

1 高密度電法的原理

電探測法和電剖面法兩種方法合二為一，形成了高密度電法，從最基礎的方面來分析，它類似于傳統的電阻率法。不同的地方在于，有高密度觀測點被設置在觀測的部位，這種方法屬于陣列勘探，具體說來就是電極之間的自由組合導致了勘探可以有著覆蓋式的測量。在進行現場實地測量時，需要把全部的電極置于剖面測點上。程控電極的轉換開關和微機工程電測儀二者進行共同作用，采集工作就可以進行。采集的內容主要是針對剖面的不同電極距和不同電極排列方式的數據［1］。

高密度電法和傳統常規的電阻率法相比，有以下3個優點:

1)工作效率高:由于電極的布置是一次性完成的，省去了很多工作流程，也很少引起故障和干擾，所以節省了很多時間。

2)測量面多樣化:測量的方式和電極的排列組合方式有關系，因為電極數量多，所以排列的可能性很多，測量的方式千變萬化，可以從很多個角度來研究地電斷面的信息。

3)半自動化和自動化程度高:野外的采集已經完成了半自動化，避免了人工操作，節省了人力。

除此之外，地球物理反演方法在不斷地完善，高密度電法的電阻率成像水準已經有了很大提高，從曾經的一維跨度到了三維，極精確地的完成了解釋精度的跨越。高密度電法已經相對成熟，具有快速、經濟、漸變、有效、應用廣泛的優點。它的應用領域很廣，特別是水文和工程地質的勘探領域［2］。

2 應用實例分析

2.1 水庫大壩的滲漏探查

某水庫防滲墻在高密度電法測量下的反演色譜圖，如圖1 所示。采用物探高密度電法來進行探測，需要說明的是，現場探測的時候，水庫的水位是194 m，應用目的是探測防滲墻是否完整。

圖1 某水庫大壩滲漏探測的高密度反演色譜圖

防滲墻是C10 混凝土，厚度為60 cm。由圖1 可見，在DS29 ～DS32 點的部分，高程大約為177 ～184 m，在富水區會出現低阻閉合圈的成像，分析電阻率的等值線可發現和這一現象完全吻合，由此可以推測出這里是富水區;同時，其余194 m高程以下的地方，防滲墻并沒有表現出低阻的異常情況。

2.2 水庫大壩壩基巖溶探測

選取1個水庫主壩，采用高密度電法對巖溶進行探測，可以得到圖2 所示的反演色譜圖進行分析。

圖2 某水庫大壩巖溶探測高密度反演色譜圖

從圖2 看出，95 號以下和215 號以上的紫紅色砂頁巖就有著很強的透水性，下雨等自然影響會使得巖溶沖水成為低阻。探測區域的水文特征有著非常顯著的差異，因為灰巖地區環境干燥，填充物極少，就呈現高阻的狀態。

2.3 海堤砌石體深度探測

選取一個海堤砌石體，用高密度電法探測其深度，得到如下反演色譜圖，如圖3 所示。

圖3 某海堤漿砌石的深度探測高密度反演色譜圖

測區內堤防工程大部分修建在拋石上方。迎水側是接近于直立的漿砌石擋墻，填土下方的主要成分是淤泥、淤泥夾薄層粉細砂和含泥中細砂層。反演成果圖曲線呈典型的電阻率由高到低的3 層水平狀分布，起伏不大，根據對工區內拋石電阻率測試及相關地質資料進行分析，以電阻率30 ～40 n·m作為拋石與填土或劃分依據，電阻率＜10 n·m作為填土與淤泥、淤泥夾薄層粉細砂或含泥中細砂層等的劃分依據。由圖3 可見:砌石層厚度約為6.0 m，填土厚度約為2.0 ～4.0 m高程以下為淤泥、淤泥夾薄層粉細砂或含泥中細砂層。

2.4 滑坡體分界面應用

選取一個水利樞紐，采取高密度電法探測庫區右岸的滑坡體，得到反演色譜圖，見圖4。

圖4 某水利樞紐庫區的右岸滑坡體反演色譜圖

色譜整體上層次不齊，沒有規律。整體上來看，低阻帶都分布在中上部，而且不是連續的，高阻凸起出現在了DS10 和DS34 測點，色譜圖的表層有稍高阻的反應。低下埋的深度約為6 ～17 m，電阻率達到了120 Ω·m。對其進行鉆孔以驗證以上猜測，得出的結論是預測無誤，正是一個滑坡體，再一次地證明了高密度電法的實用性。

2.5 應用于壩基滲透探測

某水電站大壩的壩基滲漏進行高密度電法探測的反演色譜圖見圖5。

這個測線是壩體廊道內部的鋪設。由圖5 可以看到典型的電阻率由高至低兩層的分布，高低阻的分界線有一定的起伏。分析了工區內的相關地質材料之后，發現高阻的第一層視電阻率＞200，有閉合圈的現象出現，判斷為澆筑混凝土的反應。第二層的視電阻率＜第一層，判斷是大壩建基面以下那些巖體的反應。在樁號15 ～50，樁號110 ～130，樁號160 ～195 的地方都會發現低阻異常的閉合或者半閉合圈。

圖5 某水電站壩基滲漏探測高密度電法的反演色譜圖

2.6 應用于地層劃分

某城市供水線路的地層高密度電法探測的反演色譜圖，見圖6 所示。

圖6 某城市供水線路地層探測的高密度反演色譜圖

分析圖6 可知，表層等電阻率曲線呈現出多個閉合或者半閉合圈的狀態，視電阻率為200 ～400 Ω·m，這是回填砂性涂造成的。表層以下的樁號0 ～樁號35 有低阻倒U 閉合圈，這是由淤泥質土造成的，剩下樁號段表層以下地層都表現為粉質黏土。

除此之外，高密度電法的應用領域仍然非常廣泛，比如高層建筑選址、高速公路高架橋、機場跑道的地基勘探中，都需要利用這種方法進行探測;在測定和評價電廠大壩的基巖面強度和起伏特性上，高密度電法也是實用的方式之一;有具體的實例表明高密度電法能夠準確的對巖溶地區的水資源進行定位;也有采用高密度電法與瞬態瑞雷面波法完成了國際機場擴建工程中的巖土工程勘察問題的經驗以及用高密度電法來查明古河道、墓穴和洞穴的分布及埋深，利用土層的剪切波速劃分場地類別［3］。

3 分析反演圖的注意事項

能夠有效分析反演圖是合理應用高密度電法測量的關鍵，得到合理而且較為完善的解釋。需注意的事項有:

1)高密度電阻率法，特別是采用剖面類觀測方式時，結合了電剖面法和電測深法的二者優點;其視電阻率等值線圖已與實際的地電剖面接近，通過分析各種研究資料可以知道，視電阻率等值線圖中各種變量都有著許多的信息量。

2)目前的技術并沒有達到完美，確保已經采集的視電阻率剖面中的數百個點每個都是準確無誤是不可能的，僅1個因素出現數據錯誤，采集到的異常數據經過反演后都很有可能帶來完全不同的結果。不僅如此，即便是資料沒有問題，以目前反演軟件的技術水平，也無法保證能反演出完全正確的地電剖面，對于反演的數據處理，一定要有自我的參與。

3)高密度電阻率的反演處理有固定的幾個步驟，不能越步進行:①對結果進行一個粗略的預判，這樣便于知道數據是否準確;②接著是對原始數據的可靠性進行判斷，是否反演數據取決于具體的測量條件;③根據條件分析數據的可靠性，例如接地條件很差，原始數據難免有很大的誤差，這時對數據反演只能得到更差的結果;如果地形平緩、接地條件好的剖面，大多數的數據質量都比較高，可以進行反演工作。

4 結 語

通過上文對高密度電法的優劣分析，應用實例的解讀，對于反演圖的解讀方法的示范可以知道，高密度電法能夠從剖面和斷面的反演色譜圖直觀的反映出所要探測的物體的結構特征以及電性分布形態。由于它的快速、經濟以及操作簡便，在水文地質和工程地質中有著極其廣泛的應用。

［1］王士鵬. 高密度電法在水文地質和工程地質中的應用［J］. 水文地質工程地質，2000(01):52 －56.

［2］葛如冰. 高密度電阻率法應用中常見的問題與思考［J］.勘察科學技術，2009(01):22 －25.

［3］方前發，張宏兵. 電法勘探方法在水文和工程地質中的應用［J］. 大眾科技，2006(04):29 －31.