高密度電法在調水工程中的應用

安 鑫

（新疆水利水電勘測設計研究院，新疆 昌吉 831100）

高密度電法在調水工程中的應用

安 鑫

（新疆水利水電勘測設計研究院，新疆 昌吉 831100）

簡述高密度電法的基本原理及工作要點，以某調水工程勘察為例介紹高密度電法的具體應用，并檢驗其勘探效果。結果：高密度電法反演結果與鉆孔資料基本一致，說明對于結構簡單的地層和淺層構造高密度電法勘探效果好。

高密度電法；地層；斷層；勘探；效果

1 高密度電法的基本原理

高密度電法（HighDensityElectricalMethod）的原理與常規電法相同。本質上是幾種常規電法的組合和資料的數字化處理為一體的一種新的快捷方法。它使用的前提是以上下相鄰地層的電阻率差異明顯。其野外布極是按一定的間距在數據測量之前就布置好的，因而避免了常規電法因多次布極而導致的測量誤差。數字化和可視化的野外數據采集，能夠在采集現場獲得豐富的地電斷面結構特征的信息[1]。

2 高密度電法工作要點

2.1 野外數據采集

高密度系統常見的數據采集的模式有溫納對稱四極裝置（Wenner）、斯倫貝格裝置（Sclumberg?er）、偶極—偶極裝置（Dipole—Dipole）、單極—單極裝置（Pole—Pole）[2]。經過長期的野外實踐和對比，用溫納裝置的所測得效果比較理想，一般選用2～10 m的電極間距，采集層位可視勘測深度選擇，108個電極最大掃描層位一般可以達到33層，溫納α裝置野外采集測點位置示意圖如圖1所示。

溫納α裝置裝置MN的距離與AB保持1∶3的關系，即AM=MN=NB=a，測量第一極距點時，1號電極為A極（圖1中的C1），2號電極為M極（圖1中的P1），3號電極為N極（圖1中的P2），4號電極為B極（圖1中的C2），數據采集點在P1、P2的中間，向下采集的距離為C1到C2距離的一半即1.5 a。后面的采集點電極依次接通2—C1，3—P1，4—P2，5—C2，直到108號電極為C2時，第一個剖面數據采集完成。第二個剖面的 C1、P1、P2、C2間隔為 2 a，即 1—C1，3—P1，5—P2，7—C2，逐個向后、向下，直至測量剖面的最后一層掃描結束，剖面測試完成。該方法測試，深部淺部均有較大的一次電壓場Vp值，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，地形起伏造成的干擾也較小。

圖1 溫納α裝置野外采集測點位置示意圖

2.1 內業資料解釋

目前國內高密度電法反演的方法很多，在工程地質勘察中應用最廣的是由瑞典的M.H.Loke博士設計的基于圓滑約束最小二乘法的RES2DINV二維反演計算機程序。采集完成后，將野外采集的數據拷貝到專業電腦上，第一步對野外采集的數據進行預處理，刪除突變點，第二步對經過預處理的數據進行反演，根據反演的均方根誤差值選擇適當的迭代次數，得到最切合實際的反演結果，最終輸出反演成果。根據等值線剖面圖在橫向和縱向的電性差異，劃分不同電性層，結合地質資料，將電性層轉化為地質層位，進而劃分覆蓋層和斷層位置。

3 工程實例

在某調水工程的地質勘察時，推測洞線經過處可能存在斷層，采用高密度電法沿洞線對可能存在斷層的樁號段進行了測試，希望查明斷層破碎帶的寬度及深度。本次測試用的是重慶地質儀器廠生產的E60M多功能電法儀，共在A、B、C 3處布置了3條高密度電法剖面，由于該區域地表為干燥的砂礫石層或強風化基巖，導電性整體較差，地表略有起伏，故測試全部采用溫納裝置進行。

3.1 實測結果分析

A剖面長度950 m，測試時總用了12條電纜，96個電極，電極間距為10 m，掃描層數為31層，視電阻率分布圖像（見圖2），高密度視電阻率反演圖像（見圖3）。根據反演結果，在樁號0+470～0+580樁號段之間有一寬110 m的低阻體，呈右傾，傾角約60°，推測為斷層破碎帶。

圖2 A剖面視電阻率分布圖像

圖3 A剖面高密度視電阻率反演圖像

B剖面長度790 m，測試時總用了10個電纜，80個電極，電極間距為10 m，掃描層數為23層，視電阻率分布圖像（見圖4），高密度視電阻率反演圖像（見圖5）。根據反演結果，該剖面在0+350～0+440樁號段之間有一寬90 m的低阻體，呈陡傾狀，推測為斷層破碎帶。

圖4 B剖面視電阻率分布圖像

圖5 B剖面高密度視電阻率反演圖像

C剖面長度790 m，測試時總用了10個電纜，80個電極，電極間距為10 m，掃描層數為26層，視電阻率分布圖像（見圖6），高密度視電阻率反演圖像（見圖7）。基于高密度反演的結果，該剖面覆蓋層厚度為25～45 m，基巖界面起伏不是很大，應該無斷層穿過洞線。

3.2 結果驗證

根據高密度反演結果，在0+410和0+590樁號處分別布置了ZK1、ZK2鉆孔驗證，結果：ZK1鉆孔在80 m左右發生了明顯的變化，ZK2在120 m以下巖性較完整，與高密度結果基本一致。

圖6 C剖面視電阻率分布圖像

圖7 C剖面高密度視電阻率反演圖像

4 結語

通過上述工程實例證明，高密度電法對電性差異明顯，結構簡單的地層和淺層構造可取得較好的勘察效果，可為工程建設提供了可靠依據，節省了勘探費用，具有較高的經濟價值。

高密度電法有其獨特的優越性，但也存在較大的局限性，在一些電性差異不明顯的地層或是比較復雜的地質情況下，高密度電法就不宜單獨使用，此時就應該更多地借助其他物探方法和鉆探才能取得較好的勘探成果。

[1] 阿發友.高密度電法和地質雷達在斷層及溶桐探測中的應用[D].貴陽：貴州大學，2008.

[2] 宋先海，顏 鐘，王京濤.高密度電法在大幕山水庫滲漏隱患探測中的應用[J].人民長江，2012，43（3）：46-47，51.

（責任編輯：周 群）

Application of high-density resistivity method in water transfer project

AN Xin
（Xinjiang Water Conservancy and Hydropower Investigation and Design Institute,Changji 831100,China）

A brief introduction was made on the basic principle and key points of high-density resistivity method.Taking a water transfer project as example,the author presented the actual application of high-density resistivity method and checked the prospecting effects.The inversion results is basically coincided with the data obtained by boring,indicating that high-density resistivity method has good prospecting effects for strata with simple or shallow structures.

High-density resistivity method;stratum;fault;prospect;effect

P631.322

B

1003-1510（2016）02-0040-03

2016-01-18

安 鑫（1988-），男，甘肅慶陽人，新疆水利水電勘測設計研究院助理工程師，學士，主要從事水利水電工程物探工作。