高密度電法在港口灣水庫灌區工程地質勘察中的應用

王建軍

（安徽省水利水電勘測設計研究總院有限公司，安徽 合肥 230022）

高密度電法是人工在地下建立穩定的直流電場，利用不同巖土導電性、構造、溶洞等的物性差異,研究電流在探測的巖土層中的分布規律，達到識別、探明溶洞分布情況，是一種常見的地球物理方法。高密度電法具有一次性采集數量大、觀測精度高等優點，既能反映地下某一深度水平向巖土體電性變化，同時能夠提供地層巖性沿縱向的電性變化，在結合地質鉆孔資料的基礎上，通過視電阻率等級剖面圖識別出地質構造的情況，為下一步的工程地質勘查提供基礎數據。本文介紹了高密度電法在港口灣水庫灌區工程石壁山干渠5#渡槽溶洞勘探中的應用實例以及在工程地質勘察中的應用。

1 工程概況

港口灣水庫灌區工程石壁山干渠5#渡槽，位于石壁山干渠樁號13+172～13+562 處，該處地形起伏較大，渡槽采用梁式結構，全長390m，共計30 跨，基礎采用混凝土灌注樁，灌注樁所在位置的地質情況將決定設計的參數。根據前期勘察資料，渡槽所在區域下伏基巖為石灰巖，局部巖溶較發育，采用傳統鉆探手段完全查明溶洞情況，工作量較大，工期較長，故此次通過工程物探（高密度電法）手段查明下伏基巖巖溶發育情況，再結合鉆探，為繼續開展工程地質勘查提供基礎數據。

2 高密度電法工作原理及測線布置

2.1 工作原理

高密度電法是基于傳統電法理論，在計算機、信息測控等現代科技基礎上發展起來的新一代電法儀器，采用陣列勘探方法，由主機、電路電極轉換器和電極系統組成，野外測量時將全部電極（幾十至上百根）置于測點上，自動轉換電極裝置形式、極距及測點等，即可實現數據高效快速的自動采集。采用數據處理軟件，通過色譜圖繪制出視電阻率等級剖面圖，可直觀形象地表現出地電斷面的結構與分布形態。

其基本原理是通過直流電源給AB 極供電，形成回路，測量MN 電位差，計算視電阻率ρs的變化來判定溶洞的位置和大小。

式中，ΔU 為MN 間電位差，K 為裝置系數，I為供電回路電流。

本次采用DUK-2A 型高密度電法儀，可一次性布置60 個電極，電極距可由1m 至10m，根據探測深度、探測精度自主選擇。

2.2 工作布置

根據需求，對渡槽下伏基巖巖溶發育情況進行探測，故本次測線布置，沿渡槽軸線布置。在本次測試區域內，垂直于測線方向有兩條混凝土道路和一條渠道。測點布置在混凝土道路，會因地表導電條件差影響測試數據效果；測試范圍內的渠道，為矩形渠道，高差大，達到3m，在此處布置測點，對數據反演效果會產生較大影響。所以無法從渡槽起點到終點一次性布線，故將測區范圍內，劃分為三條高密度電法測線，中間缺失兩小段，后期采用鉆探方式獲取地質資料。測線一：起點位于槽身起點處，終點至渠道南側，沿渡槽軸線布置，測線長154m，由3 組數據拼接而成，采用溫納裝置，電極距為2m，隔離系數為16。測線二：起點位于渠道北側，終點至北側混凝土道路邊緣，沿渡槽軸線布置，測線長118m，采用溫納裝置，電極距為2m，隔離系數為16。測線三：起點位于北側混凝土道路邊緣，沿山谷往西北方向布設，測線長118m，采用溫納裝置，電極距為2m，隔離系數為16。

3 數據分析

采用GPS 測量出測線上所有電極坐標信息，對采集到的原始數據加入地形信息，首先通過反演軟件剔除原始數據中的奇異點，然后進行二維數據反演，最后生成含地形信息的視電阻率剖面圖。通過視電阻率等級剖面圖可以看出：

測線一，淺部視電阻率低阻區域為泥質礫卵層在雨后富水所顯示的情況，下部視電阻率較高部分為微風化或新鮮石灰巖；在24 號電極，左右各4m范圍，測線42～50m處；36 號電極，左右各6m 范圍，測線64～76m處；54 號電極，左右各4m 范圍，測線102～110m處；視電阻率剖面圖底部高阻不連續，存在相對低阻區域，疑似下附溶洞位置，溶洞內富水，導致視電阻率值在剖面圖上呈現下降趨勢（見圖1）。

圖1 測線一視電阻率剖面圖

測線二，淺部視電阻率低阻區域為泥質礫卵層在雨后富水所顯示的情況，下部視電阻率較高部分為微風化或新鮮石灰巖；在27 號電極，左右各4m范圍，測線48～56m處；50 號電極，左右各4m 范圍，測線94～102m處；視電阻率剖面圖底部高阻不連續，存在相對低阻區域，疑似下附溶洞位置，溶洞內富水，導致視電阻率值在剖面圖上呈現下降趨勢（見圖2）。

圖2 測線二視電阻率剖面圖

測線三，測線0～70m，淺部視電阻率低阻區域為泥質礫卵層在雨后富水所顯示的情況,測線下部視電阻率較高部分為微風化或新鮮石灰巖；測線70～118m 淺部為覆蓋層較薄，覆蓋層下方即為微風化或新鮮石灰巖，故呈現為視電阻率高阻。在28 號電極，視電阻率剖面圖呈低阻異常，疑似存在一條破碎帶，影響寬度約22m（見圖3）。

圖3 測線三視電阻率剖面圖

從視電阻率剖面圖可以看出，當存在溶洞時，受溶洞內低阻介質影響，視電阻率剖面圖將出現不連續現象，出現相對低阻異常，后期再通過鉆孔進一步確認溶洞具體大小、深度和范圍，從而獲取準確的地質信息。

4 結語

高密度電法在地質勘探中使用較為廣泛，相對常規電法數據密度大、覆蓋性好，能較好地獲取目標地質體的特征，通過地電結構，為鉆探提供下一步工作的方向和信息，有利于更加準確地查明地質構造。在高密度電法工作前，需要充分收集工程相關地質構造資料，了解探測區域地形地質條件，確認具備開展高密度電法探測條件，選擇正確的測線方向、長度以及使用適當的電極距和裝置形式等參數，同時要確保原始數據的準確性和計算中參數取值，這樣才能獲得有效的反演數據，達到最佳的探測效果。本次高密度電法工作，根據現場工作環境和對探測目標深度的要求，共設置3 條測線，高密度電法探測數據采集效果良好，通過對視電阻率剖面圖的分析，認為剖面圖下部相對低阻區域是下部溶洞內低阻介質造成的影響，后經過鉆孔揭露物探結果與溶洞實際發育位置基本一致，說明高密度電法是一種有效的地質勘察手段，在與鉆探結合情況下，能夠快速準確地應用在地質勘察工作中，提高工作效率和準確性