高密度電法在工程地質勘察中的應用

張 峰

（新疆水利水電勘測設計研究院物探隊 新疆 昌吉 831100）

1 前言

利用物探技術了解地層、地質結構的空間分布特征，是工程地質勘察工作中不可或缺的重要技術手段之一。能為工程地質勘察提供依據的物探方法有很多，而高密度電法則是眾多物探方法中較為有效、快速的測試方法之一。本文結合工程實例來介紹一下高密度電法在工程地質勘察中的應用。

2 高密度電法基本原理

高密度電法是一種陣列式電阻率測量方法，它綜合了垂向電測深及電測深剖面的特點，與常規電阻率法相比，高密度電法在野外采集過程中可組合多種裝置形式，采集點距小、數據密度大，因而大大增加了采集的信息量，提高了觀測精度。由于高密度電法可以實現數據的快速采集并與計算機結合，從而大幅提高了工作效率，能較為直觀反映地下被探測介質之間的電性差異。

3 野外數據采集及數據處理

3.1 野外數據采集

高密度電法野外勘探一般采用溫納裝置進行數據采集，電極距視勘探深度及縱向跨度而定，電極距一般為3m～10m，觀測層數一般為20～30層。如果剖面長度較大，可分段布置剖面，在后期數據處理時可對剖面進行拼接，使其成為一條完整剖面。

3.1.1 溫納а排列

該裝置適用于固定斷面掃描測量，電極排列如圖1，測量時，AM=MN=NB為一個電極間距，A、B、M、N逐點同時向右移動，得到第一條剖面線；接著AM、MN、NB增大一個電極間距，A、B、M、N逐點同時向右移動，得到另一條剖面線；這樣不斷掃描測量下去，得到倒梯形斷面。溫納а排列對接地條件要求相對較低一些，在地面干燥，接地電阻較大，供電電流較小時，也能有較高的信噪比，地形的起伏對數據采集的影響相對較小，但隨著電極距的相應增大，分辨率會下降。

3.1.2 溫納β排列

該裝置電極排列如圖2，測量時，AB=BM=MN為一個電極間距，A、B、M、N逐點同時向右移動，得到第一條剖面線；接著AB、BM、MN增大一個電極間距，A、B、M、N逐點同時向右移動，得到另一條剖面線；這樣不斷掃描測量下去，得到倒梯形斷面。

溫納β排列需要較強的供電電流，地形起伏對數據采集的影響相對較大，但分辨率較高，對于電性差異較小地質異常體的反應較為明顯。

3.2 數據處理

數據處理是用專用的高密度處理軟件RES2DINV進行后期處理。將野外采集的高密度電法數據導入計算機后，用軟件查看原始數據，剔除修正非正常值，然后對修正后的數據進行最小二乘法反演處理，得到深度與視電阻率的對應關系，輸出視電阻率等值線色譜圖，最后可加入邊界條件進行地形較正。再根據視電阻率等值線色譜圖在縱、橫方向上的電性差異，結合已有的資料劃分出不同的電性層，進而劃分出地質層位或地質構造體的分布情況。

4 工程實例

4.1 古河槽測試

某水電站工程在地質勘察時推測有一古河槽由壩線位置通過，為查明古河槽的位置、寬度、最大埋深及走向，物探工作平行于壩線布置了W1、W 2兩條高密度電法剖面。由于地表基本為砂卵礫石層，并在剖面中間位置有一條瀝青路通過，高密度電法采用了溫納а裝置，電極距為5m，觀測層數為20層，其測試成果見圖3、圖4。

圖1 溫納а排列測點位置示意圖

圖2 溫納β排列測點位置示意圖

圖3 W1高密度視電阻率色譜剖面圖

圖4 W2高密度視電阻率色譜剖面圖

圖5 G1構造調查高密度視電阻率色譜剖面圖

圖6 G2構造調查高密度視電阻率色譜剖面圖

結合該測區已有地質資料對圖3、圖4進行分析判斷，該測區覆蓋層視電阻率呈相對高阻，大約在900Ω·m～3000Ω·m之間，基巖視電阻率呈相對低阻，大約在200Ω·m～500Ω·m之間，由此推斷在W1剖面樁號240m～320m處，為古河槽位置，古河槽寬度大約60m，最大埋深30m左右；在W2剖面樁號225m～315m處，為古河槽位置，古河槽寬度大約90m，最大埋深34m左右。經建議，在W1剖面布置了ZK3、ZK4號鉆孔。

高密度電法解釋成果與鉆孔結果對比。高密度電法解釋ZK3號鉆孔處基巖埋深9m左右，鉆孔結果顯示基巖埋深8.4m；高密度電法解釋ZK4號鉆孔基巖埋深33m左右，鉆孔結果顯示基巖埋深31.7m，表明高密度電法解釋成果與鉆孔結果基本一致。

4.2 構造調查

在某工程區域性構造調查中，應用了高密度電法測試。測區地形起伏，地表干燥，供電條件相對較差，因此采用了溫納а裝置，電極距為10m，觀測層數為15層～20層。圖5、圖6為該次構造調查中的兩條高密度電法剖面圖，從圖5中分析判斷，該剖面樁號640 m～780m為一低阻異常反映，寬度約140m，呈左傾，傾角約60°左右；從圖6中分析判斷，該剖面樁號500 m～570m段為一陡傾角低阻異常反映，寬度約70m，呈左傾，傾角約70°左右。經推斷，以上兩處低阻異常均為斷層反映。高密度電法推斷結果與探槽開挖結果對比表明，物探測試結果與開挖結果基本一致。

5 結語

高密度電法具有數據采集量大、分辨率高、工件效率高的特點，如今已被越來越廣泛的運用。在工程地質勘察中，高密度電法能更加快速、有效的為地質人員提供前期資料，但是在實際工作中，高密度電法往往會受到地形、地質條件的制約，如地形起伏較大、測區巖性多樣、電阻率差異較小等情況，這時就不宜單獨選用高密度電法，為了得到更準確的解釋成果，應與多種物探方法相結合，進行綜合分析。陜西水利

[1]S L326-2005.水利水電工程物探規程[S].

[2]黃鳳林.高密度電法在工程中的應用[J].工程物探，2013，1.

[3]雷宛等.工程與環境物探教程[M].北京：地質出版社，2006.2.