高密度電法在調(diào)水工程中的應(yīng)用

安 鑫

（新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，新疆 昌吉 831100）

高密度電法在調(diào)水工程中的應(yīng)用

安 鑫

（新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，新疆 昌吉 831100）

簡(jiǎn)述高密度電法的基本原理及工作要點(diǎn)，以某調(diào)水工程勘察為例介紹高密度電法的具體應(yīng)用，并檢驗(yàn)其勘探效果。結(jié)果：高密度電法反演結(jié)果與鉆孔資料基本一致，說(shuō)明對(duì)于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的地層和淺層構(gòu)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(guī)電法相同。本質(zhì)上是幾種常規(guī)電法的組合和資料的數(shù)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(shù)據(jù)測(cè)量之前就布置好的，因而避免了常規(guī)電法因多次布極而導(dǎo)致的測(cè)量誤差。數(shù)字化和可視化的野外數(shù)據(jù)采集，能夠在采集現(xiàn)場(chǎng)獲得豐富的地電斷面結(jié)構(gòu)特征的信息[1]。

2 高密度電法工作要點(diǎn)

2.1 野外數(shù)據(jù)采集

高密度系統(tǒng)常見(jiàn)的數(shù)據(jù)采集的模式有溫納對(duì)稱(chēng)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(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的野外實(shí)踐和對(duì)比，用溫納裝置的所測(cè)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(cè)深度選擇，108個(gè)電極最大掃描層位一般可以達(dá)到33層，溫納α裝置野外采集測(cè)點(diǎn)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(guān)系，即AM=MN=NB=a，測(cè)量第一極距點(diǎn)時(shí)，1號(hào)電極為A極（圖1中的C1），2號(hào)電極為M極（圖1中的P1），3號(hào)電極為N極（圖1中的P2），4號(hào)電極為B極（圖1中的C2），數(shù)據(jù)采集點(diǎn)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(diǎn)電極依次接通2—C1，3—P1，4—P2，5—C2，直到108號(hào)電極為C2時(shí)，第一個(gè)剖面數(shù)據(jù)采集完成。第二個(gè)剖面的 C1、P1、P2、C2間隔為 2 a，即 1—C1，3—P1，5—P2，7—C2，逐個(gè)向后、向下，直至測(cè)量剖面的最后一層掃描結(jié)束，剖面測(cè)試完成。該方法測(cè)試，深部淺部均有較大的一次電壓場(chǎng)Vp值，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，地形起伏造成的干擾也較小。

圖1 溫納α裝置野外采集測(cè)點(diǎn)位置示意圖

2.1 內(nèi)業(yè)資料解釋

目前國(guó)內(nèi)高密度電法反演的方法很多，在工程地質(zhì)勘察中應(yīng)用最廣的是由瑞典的M.H.Loke博士設(shè)計(jì)的基于圓滑約束最小二乘法的RES2DINV二維反演計(jì)算機(jī)程序。采集完成后，將野外采集的數(shù)據(jù)拷貝到專(zhuān)業(yè)電腦上，第一步對(duì)野外采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，刪除突變點(diǎn)，第二步對(duì)經(jīng)過(guò)預(yù)處理的數(shù)據(jù)進(jìn)行反演，根據(jù)反演的均方根誤差值選擇適當(dāng)?shù)牡螖?shù)，得到最切合實(shí)際的反演結(jié)果，最終輸出反演成果。根據(jù)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(jié)合地質(zhì)資料，將電性層轉(zhuǎn)化為地質(zhì)層位，進(jìn)而劃分覆蓋層和斷層位置。

3 工程實(shí)例

在某調(diào)水工程的地質(zhì)勘察時(shí)，推測(cè)洞線經(jīng)過(guò)處可能存在斷層，采用高密度電法沿洞線對(duì)可能存在斷層的樁號(hào)段進(jìn)行了測(cè)試，希望查明斷層破碎帶的寬度及深度。本次測(cè)試用的是重慶地質(zhì)儀器廠生產(chǎn)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(qū)域地表為干燥的砂礫石層或強(qiáng)風(fēng)化基巖，導(dǎo)電性整體較差，地表略有起伏，故測(cè)試全部采用溫納裝置進(jìn)行。

3.1 實(shí)測(cè)結(jié)果分析

A剖面長(zhǎng)度950 m，測(cè)試時(shí)總用了12條電纜，96個(gè)電極，電極間距為10 m，掃描層數(shù)為31層，視電阻率分布圖像（見(jiàn)圖2），高密度視電阻率反演圖像（見(jiàn)圖3）。根據(jù)反演結(jié)果，在樁號(hào)0+470～0+580樁號(hào)段之間有一寬110 m的低阻體，呈右傾，傾角約60°，推測(cè)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(zhǎng)度790 m，測(cè)試時(shí)總用了10個(gè)電纜，80個(gè)電極，電極間距為10 m，掃描層數(shù)為23層，視電阻率分布圖像（見(jiàn)圖4），高密度視電阻率反演圖像（見(jiàn)圖5）。根據(jù)反演結(jié)果，該剖面在0+350～0+440樁號(hào)段之間有一寬90 m的低阻體，呈陡傾狀，推測(cè)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(zhǎng)度790 m，測(cè)試時(shí)總用了10個(gè)電纜，80個(gè)電極，電極間距為10 m，掃描層數(shù)為26層，視電阻率分布圖像（見(jiàn)圖6），高密度視電阻率反演圖像（見(jiàn)圖7）?；诟呙芏确囱莸慕Y(jié)果，該剖面覆蓋層厚度為25～45 m，基巖界面起伏不是很大，應(yīng)該無(wú)斷層穿過(guò)洞線。

3.2 結(jié)果驗(yàn)證

根據(jù)高密度反演結(jié)果，在0+410和0+590樁號(hào)處分別布置了ZK1、ZK2鉆孔驗(yàn)證，結(jié)果：ZK1鉆孔在80 m左右發(fā)生了明顯的變化，ZK2在120 m以下巖性較完整，與高密度結(jié)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(jié)語(yǔ)

通過(guò)上述工程實(shí)例證明，高密度電法對(duì)電性差異明顯，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的地層和淺層構(gòu)造可取得較好的勘察效果，可為工程建設(shè)提供了可靠依據(jù)，節(jié)省了勘探費(fèi)用，具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

高密度電法有其獨(dú)特的優(yōu)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(fù)雜的地質(zhì)情況下，高密度電法就不宜單獨(dú)使用，此時(shí)就應(yīng)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(fā)友.高密度電法和地質(zhì)雷達(dá)在斷層及溶桐探測(cè)中的應(yīng)用[D].貴陽(yáng)：貴州大學(xué)，2008.

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

（責(zé)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(yáng)人，新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院助理工程師，學(xué)士，主要從事水利水電工程物探工作。