高密度電法的應用實例

■趙偉鋒

（河北省地礦局秦皇島礦產水文工程地質大隊 河北秦皇島 066000）

高密度電法的應用實例

■趙偉鋒

（河北省地礦局秦皇島礦產水文工程地質大隊 河北秦皇島 066000）

高密度電法與常規電法相比具有測點密度高，信息量大，在查明采空區，尋找地下水的方面得到廣泛應用。該文章通過兩個實例詳細闡述了其在查明采空區，尋找基巖裂隙水的應用效果。

高密度電法采空區視電阻率基巖裂隙

1 高密度方法概述

1.1 高密度電法的發展

20世紀70年代末期的陣列電法探測思想造就了高密度電法的出現，英國學者Johanson博士設計的電測深系統實際上就是高密度電法的最初模式。80年代初,日本地質計測株式會社研究成功了高密度電阻率探查法(簡稱高密度電法),并且廣泛應用于工程地質及水文地質中。近年來,國內不少單位開展了該項方法技術,并且在查明采空區，尋找地下水等方面取得了較好效果。隨著勘察科學技術的不斷發展和國民經濟建設的需要,高密度電法做為一種新的物探方法技術,一定會在工程地質和水文地質以及其它相關領域中得到廣泛應用。

1.2 高密度方法原理和特點

高密度電阻率法的基本理論與傳統的電阻率法完全相同，所不同的是高密度電法在觀測中設置了較高密度的測點，現場測量時，只需將全部電極布置在一定間隔的測點上，由主機自動控制供電電極和接收電極的變化，完成測量。在設計和技術實施上，高密度電法測量系統采用先進的自動控制理論和大規模集成電路，使用的電極數量多，而且成本低!效率高!解釋方便且勘探能力顯著提高的勘探方法(李銀真.2006)。

2 高密度方法在采空區的應用實例

2.1 目的與任務

某市地面發生地面沉降，該地區曾經為煤礦開采區，開采方式為井下開采。為進一步了解采空區的詳細分布情況，在公路附近沉降區開展了物探勘察工作，旨在確定公路路肩范圍內是否存在煤礦采空區及采空區分布情況等，從而為下一步進行治理工作提供資料依據。

2.2 測區概區

工作區內地層主要為：上覆地層為第四系，巖性主要為砂礫石、砂質土等；下伏基巖為侏羅系、石炭系的煤系地層。

本區第四系地層視電阻率一般幾十Ωm，隨著粘性土含量的增加或減少或含水量的多少，視電阻率亦隨之降低或增高；下伏基巖中煤系地層視電阻率一般在120～150Ω.m,。當采空區未塌陷或者塌陷未充分充填采空區時，視電阻率明顯高于圍巖，具備了電法勘查的地球物理前提。

2.3 野外作業

該區采用高密度電阻率法測量的物性前提，是利用組成地下介質層間存在的電性差異，即不含水的采空區呈高阻，位于潛水面以下的充水采空區呈低阻，與圍巖的視電阻率背景易于區分。地表通過不同電極距的布設可采集到反映地下不同點位、不同深度的視電阻率值、而視電阻率值即包含著各種地質體的分布信息，通過對數據進行處理、各類圖件綜合分析解釋，確定出地下采空區以及斷裂構造帶的位置、圈定分布范圍以及在地表的對應位置。本次工作采用高密度電法剖面測量,共敷設勘察剖面2條,點距5m。1線位于公路西側沿路肩布設2線與1線平行，位于公路路基東側。

2.4 應用效果

由于采空區的存在改變了原來的地電特征。采空區和巷道不充水時，理論上電阻率為無窮大，但當采空區充水時,它的電阻率會急劇下降，低于其圍巖，所以判斷采空區的存在，一定要在高電阻率的(圍巖)背景下，劃分出低阻（充水的采空區）異常，或在相對低電阻背景下尋找高阻異常。經判斷本區采空區由于未充分塌陷充填，因此其電性反映應為高阻顯示，并將此作為判斷地下是否存在采空區的主要依據（王華鋒等，2013.王鶴宇.2012）。

1線（圖1）從ρs等值線斷面圖上看，視電阻率在水平方向有較大變化，在7～13m、18～34m、42～45m、51～54m、63～68m之間ρs等值線急劇向下撓曲延深到深部，視電阻率值大于160Ω.m，兩側小于160Ω.m，形成明顯的相對高阻異常區，異常呈封閉或半封閉狀態，結合地表裂縫位置分析推測為煤礦采空區所引起。

圖1

圖2

2線與1線平行，位于公路路基東側，剖面方位NE21°，從ρs等值線斷面圖上看，在3～18m、30～45m、72～75m處存在明顯的相對高阻異常區，與1線類似推測為煤礦采空區所引起。

3 高密度法在查找地下水的應用實例

3.1 目的與任務

為配合某單位的在秦皇島的水文地質地質調查項目，需要布置一定量的高密度電法工作，目的是為了查明測區范圍內第四系及基巖構造發育情況，圈定構造發育部位，并為布設水文觀測井提供依據。

3.2 地質概況

該區內上覆第四系地層，巖性主要為碎石、粉粘土；下伏基巖為花崗巖。工區出露的地層從老到新依次為上元古界青白口系；古生界寒武系、奧陶系；新生界第四系。本區最早為東西向的斷裂，接著為北東向，而后為南北、北西和北北東向，老的斷裂表現出多次活動性。

3.3 野外作業

根據地形、地貌選擇較為平坦的地方大致為東西向布置三條測線。編號為1線～3線，點距5m，裝置形式為單邊三極連續滾動式測深裝置（S3P）。電極點距5m，最大間隔層數30層（最大AB/2= 152.5m），工作中采取深打電極、重復觀測等措施，從而保證了工作質量。

3.4 應用效果

從ρs等值線斷面圖（圖2）上看，三條剖面極距22米以上斷面等值線形態各不相同，主要由于地表不均勻影響所致。22米到34米斷面等值線近于平行，大體反應基巖埋深。深部三條曲線斷面等值線明顯向小號點（西部）傾斜，表明小號點方向既西部，基巖裂隙相對發育或有溶洞存在，是富水的有利部位 （王聿軍. 2001）。

根據上述勘探成果,經水文地質人員結合地質資料和施工條件等,在2測線52m處確定井位鉆探。孔深為150m。

經抽水試驗,單井出水量Q=6.35m3/h;經分析水質完全符合TJ20-76飲用水標準。該井完全滿足了委托方要求,受到好評。

4 結語

工程實例表明，高密度電法是探測煤礦采空區和查明地下水的一種有效方法，與其它物探方法相比，具有成本低、效率高、地電信息豐富且探測精度高等優點，在工程地質勘查中應用比較廣泛。

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P641.73[文獻碼]B

1000-405X（2015）-11-137-2

趙偉鋒（1989～），男，助理工程師，研究方向為地球物理勘查。