高密度電法在工程地質(zhì)勘察中的應(yīng)用

張 峰

（新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院物探隊(duì) 新疆 昌吉 831100）

1 前言

利用物探技術(shù)了解地層、地質(zhì)結(jié)構(gòu)的空間分布特征，是工程地質(zhì)勘察工作中不可或缺的重要技術(shù)手段之一。能為工程地質(zhì)勘察提供依據(jù)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(cè)試方法之一。本文結(jié)合工程實(shí)例來介紹一下高密度電法在工程地質(zhì)勘察中的應(yīng)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(cè)量方法，它綜合了垂向電測(cè)深及電測(cè)深剖面的特點(diǎn)，與常規(guī)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(diǎn)距小、數(shù)據(jù)密度大，因而大大增加了采集的信息量，提高了觀測(cè)精度。由于高密度電法可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速采集并與計(jì)算機(jī)結(jié)合，從而大幅提高了工作效率，能較為直觀反映地下被探測(cè)介質(zhì)之間的電性差異。

3 野外數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)處理

3.1 野外數(shù)據(jù)采集

高密度電法野外勘探一般采用溫納裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)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(cè)層數(shù)一般為20～30層。如果剖面長(zhǎng)度較大，可分段布置剖面，在后期數(shù)據(jù)處理時(shí)可對(duì)剖面進(jìn)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(cè)量，電極排列如圖1，測(cè)量時(shí)，AM=MN=NB為一個(gè)電極間距，A、B、M、N逐點(diǎn)同時(shí)向右移動(dòng)，得到第一條剖面線；接著AM、MN、NB增大一個(gè)電極間距，A、B、M、N逐點(diǎn)同時(shí)向右移動(dòng)，得到另一條剖面線；這樣不斷掃描測(cè)量下去，得到倒梯形斷面。溫納а排列對(duì)接地條件要求相對(duì)較低一些，在地面干燥，接地電阻較大，供電電流較小時(shí)，也能有較高的信噪比，地形的起伏對(duì)數(shù)據(jù)采集的影響相對(duì)較小，但隨著電極距的相應(yīng)增大，分辨率會(huì)下降。

3.1.2 溫納β排列

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

溫納β排列需要較強(qiáng)的供電電流，地形起伏對(duì)數(shù)據(jù)采集的影響相對(duì)較大，但分辨率較高，對(duì)于電性差異較小地質(zhì)異常體的反應(yīng)較為明顯。

3.2 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理是用專用的高密度處理軟件RES2DINV進(jìn)行后期處理。將野外采集的高密度電法數(shù)據(jù)導(dǎo)入計(jì)算機(jī)后，用軟件查看原始數(shù)據(jù)，剔除修正非正常值，然后對(duì)修正后的數(shù)據(jù)進(jìn)行最小二乘法反演處理，得到深度與視電阻率的對(duì)應(yīng)關(guān)系，輸出視電阻率等值線色譜圖，最后可加入邊界條件進(jìn)行地形較正。再根據(jù)視電阻率等值線色譜圖在縱、橫方向上的電性差異，結(jié)合已有的資料劃分出不同的電性層，進(jìn)而劃分出地質(zhì)層位或地質(zhì)構(gòu)造體的分布情況。

4 工程實(shí)例

4.1 古河槽測(cè)試

某水電站工程在地質(zhì)勘察時(shí)推測(cè)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(cè)層數(shù)為20層，其測(cè)試成果見圖3、圖4。

圖1 溫納а排列測(cè)點(diǎn)位置示意圖

圖2 溫納β排列測(cè)點(diǎn)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(gòu)造調(diào)查高密度視電阻率色譜剖面圖

圖6 G2構(gòu)造調(diào)查高密度視電阻率色譜剖面圖

結(jié)合該測(cè)區(qū)已有地質(zhì)資料對(duì)圖3、圖4進(jìn)行分析判斷，該測(cè)區(qū)覆蓋層視電阻率呈相對(duì)高阻，大約在900Ω·m～3000Ω·m之間，基巖視電阻率呈相對(duì)低阻，大約在200Ω·m～500Ω·m之間，由此推斷在W1剖面樁號(hào)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(hào)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(jīng)建議，在W1剖面布置了ZK3、ZK4號(hào)鉆孔。

高密度電法解釋成果與鉆孔結(jié)果對(duì)比。高密度電法解釋ZK3號(hào)鉆孔處基巖埋深9m左右，鉆孔結(jié)果顯示基巖埋深8.4m；高密度電法解釋ZK4號(hào)鉆孔基巖埋深33m左右，鉆孔結(jié)果顯示基巖埋深31.7m，表明高密度電法解釋成果與鉆孔結(jié)果基本一致。

4.2 構(gòu)造調(diào)查

在某工程區(qū)域性構(gòu)造調(diào)查中，應(yīng)用了高密度電法測(cè)試。測(cè)區(qū)地形起伏，地表干燥，供電條件相對(duì)較差，因此采用了溫納а裝置，電極距為10m，觀測(cè)層數(shù)為15層～20層。圖5、圖6為該次構(gòu)造調(diào)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(hào)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(hào)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(jīng)推斷，以上兩處低阻異常均為斷層反映。高密度電法推斷結(jié)果與探槽開挖結(jié)果對(duì)比表明，物探測(cè)試結(jié)果與開挖結(jié)果基本一致。

5 結(jié)語(yǔ)

高密度電法具有數(shù)據(jù)采集量大、分辨率高、工件效率高的特點(diǎn)，如今已被越來越廣泛的運(yùn)用。在工程地質(zhì)勘察中，高密度電法能更加快速、有效的為地質(zhì)人員提供前期資料，但是在實(shí)際工作中，高密度電法往往會(huì)受到地形、地質(zhì)條件的制約，如地形起伏較大、測(cè)區(qū)巖性多樣、電阻率差異較小等情況，這時(shí)就不宜單獨(dú)選用高密度電法，為了得到更準(zhǔn)確的解釋成果，應(yīng)與多種物探方法相結(jié)合，進(jìn)行綜合分析。陜西水利

[1]S L326-2005.水利水電工程物探規(guī)程[S].

[2]黃鳳林.高密度電法在工程中的應(yīng)用[J].工程物探，2013，1.

[3]雷宛等.工程與環(huán)境物探教程[M].北京：地質(zhì)出版社，2006.2.