高密度電法在堤防隱患探測中的應用

摘 要：高密度電法因其所具有的一次布極可進行多種裝置測量并獲得豐富的地電信息，因此在水、工、環(huán)地質等方面得到廣泛應用。在本文中，筆者以黃河長垣段堤防隱患探測工作為例，深入地分析了高密度電法在堤防隱患探測中的實際應用，以供參考。

關鍵詞：高密度電法；探測；工作原理；數(shù)據(jù)處理；成果

中圖分類號：P631.3 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）21-0159-02

1 前 言

高密度電法是常用于水文、工程、環(huán)境的一種地質勘探手段，能有效的配合鉆探解決地質方面的一些問題。它是基于常規(guī)電阻率法勘探原理并利用多路轉換器的供電、測量電極的自動轉換，配合常規(guī)電阻率的測量方法及電阻率成像等高新技術來進行高分辨率、高效率的電法勘探。

高密度電法具有體積小、功耗低、操作方式靈活、測量參數(shù)多、資料解釋方便等優(yōu)點決定了它在勘探時的優(yōu)越性，因此我們嘗試在部分工程實踐中逐步代替鉆機工作高效地解決一些實際問題。

下面，將高密度電法在野外工作、后期數(shù)據(jù)反演處理及工程問題解譯作簡單的介紹，并結合在黃河長垣段堤防隱患探測中取得的效果來分析高密度電法的優(yōu)越性。

2 問題的提出及工作原理

高密度電法勘探較傳統(tǒng)的鉆機鉆探能節(jié)省巨大的勞動力且效率高，在工程勘察某些領域能有效地配合或代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鉆探工藝。受新鄉(xiāng)黃河河務局長垣黃河河務局委托，我單位在其管轄范圍內重點堤段開展堤身隱患探測工作。此次探測工作涉及的堤段為黃河左岸太行堤防和臨黃堤防。根據(jù)搜集到的現(xiàn)有地質資料及現(xiàn)場調查，大堤堤身及堤基材料大致由粉土、壤土、砂壤土、粘土、砂組成，堤身高8～10m。

本次隱患探測全部采用了高密度電阻率方法，根據(jù)探測要求，選用了施龍貝格裝置，工作原理如下。

施龍貝格裝置是高密度電法的一種工作模式。在測量時，供電電極A、B對稱等距離布置在測量電極M、N的兩側，四極皆在一條直線上，測點O位于中心，AO=BO，MO=NO。剖面測量時，裝置按設定的層數(shù)移動，同層AMNB保持不變，橫向移動；層數(shù)增加，AB擴大，MN間距不變，如圖1所示。

根據(jù)實施方案的要求，探測工作全部采用高密度電阻率法，測線順堤布置，距臨河堤肩約1m。在野外工作時，采用90V恒壓供電，保證底部數(shù)據(jù)的可靠性，點距采用2m，采用6層掃描，最大探測極距15m，最大有效探測深度在9～10m，可滿足探測要求。

測段距離的控制，首先以測段起點的大堤樁號為基點，后延13m距離，以保證測點起點位置與大堤樁號基本重合；在測線終點則超過測段大堤樁號同樣距離，以保證測點終點位置超出大堤樁號。

工作過程中，嚴格執(zhí)行《水利水電工程物探規(guī)程》（SL326-2005），確保成果質量。

3 數(shù)據(jù)處理思路

3.1 原始資料評價

普通探測資料重復檢查占總數(shù)據(jù)的6.3%，數(shù)據(jù)均方誤差2.3%，符合《水利水電工程物探規(guī)程》（SL326-2005）要求。

3.2 數(shù)據(jù)處理

普通探測數(shù)據(jù)處理流程如下：

數(shù)據(jù)格式轉換→非值剔除→數(shù)據(jù)抽取→曲線連接→成圖→分析。

詳細探測數(shù)據(jù)處理流程如下：

數(shù)據(jù)格式轉換→非值剔除→網(wǎng)格化處理→生成圖形文件→成圖→分析計算→繪制成果圖。

3.3 資料解釋

在理想條件下，將大堤視為均質體，其電阻率在垂直和水平方向變化不大，電場分布均勻；當?shù)躺砘虻袒嬖陔[患時，均質體被破壞，導致電場分布發(fā)生變化，它反映在隱患位置上，所觀測的視電阻率發(fā)生變化；通過視電阻率成像和反演技術，結合地質情況，即可推斷出隱患的性質、部位和埋深。

普通探測資料解釋的主要內容是繪制測段視電阻率曲線圖，根據(jù)曲線圖分段統(tǒng)計出平均值、最大值和最小值，并且通過7點圓滑計算出背景值，并根據(jù)圓滑背景曲線分段；分析各處電阻率值，當大（?。┯诒尘爸档?0%時，判斷為該段中的異常（隱患），并標出異常點和異常段的位置，對異常點和異常段進行綜合評判，剔除假異常；根據(jù)異常點（隱患）的個數(shù)與該段堤身相對長度的比值（k），對堤身質量進行評價。

在普通探測統(tǒng)計出的重要堤段內進行詳細探測，詳細探測資料解釋的主要內容是繪制等級剖面圖，就是用計算機對視電阻率進行數(shù)理統(tǒng)計處理后劃分出等級強度的剖面圖，繪制成黑白灰階圖或彩色色譜圖。這種方法簡明形象地描繪了地電斷面的結構與分布形態(tài)，直觀形象，易于判讀。

如圖2所示。

隱患位置標注方法為：公里樁+距離，臨黃堤距離為正，向下游測量；太行堤距離為正，向上游測量。

4 成果分析

本次探測完成測量堤防5段，其中臨黃堤防四段，太行堤防一段，總長1806.4m。

臨黃堤防普通探測6+000～8+000段視電阻率由于各段堤身巖性組成的差異引起曲線整體起伏較大，根據(jù)其范圍將其分為兩段，各段分析如下：

6+000～6+800段，電阻率曲線整體起伏不大，堤身視電阻率主要分布在15～40Ω·m，堤身視電阻率平均值為27Ω·m，計算出的異常點5處。堤身質量系數(shù)k為6，根據(jù)堤身質量評價標準，判定為堤身質量較好段。

（1）6+800～8+000段，電阻率曲線整體起伏較大，堤身視電阻率主要分布在30～100Ω·m，堤身視電阻率平均值為50Ω？m，計算出的異常點7處。堤身質量系數(shù)k為6，根據(jù)堤身質量評價標準，判定為堤身質量較好段。

（2）臨黃堤防普通探測29+500～30+420段電阻率曲線整體起伏較大，堤身視電阻率主要分布在35～75Ω·m，堤身視電阻率平均值為55Ω·m，計算出的異常點6處。堤身質量系數(shù)k為7，根據(jù)堤身質量評價標準，判定為堤身質量較好段。

（3）臨黃堤防普通探測33+000～34+500段視電阻率曲線整體起伏不大，堤身視電阻率主要分布在30～60Ω·m，堤身視電阻率平均值為40Ω·m，計算出的異常點5處。堤身質量系數(shù)k小于5，根據(jù)堤身質量評價標準，判定為堤身質量良好段。

（4）臨黃堤防普通探測41+584～42+764段視電阻率曲線整體起伏不大，堤身視電阻率主要分布在20～40Ω·m，堤身視電阻率平均值為33Ω·m，計算出的異常點5處。堤身質量系數(shù)k小于5，根據(jù)堤身質量評價標準，判定為堤身質量良好段。

臨黃堤防30+420～31+256段詳細探測剖面圖如圖3。

30+420～31+256段詳細探測段長836m，探測剖面圖視電阻率等值線呈成層狀分布，堤身上部均勻性較好；測段內有明顯隱患8處，均位于堤身中下部位，詳見表1。

5 結束語

此次使用高密度電法不僅為設計爭取了時間，而且有效的降低了野外人工勞動的強度和成本，自動化程度得到了很大的提高。同時本次電法成功的應用給我們拓寬了新的工作思路，下一步我們將考慮應用于水文地質勘察和地下水資源評價中，創(chuàng)造出更好的經(jīng)濟效益和社會效益。

參考文獻

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[4]《工程地質手冊》第四版.

收稿日期：2018-6-2

作者簡介：牛永強（1986-），男，助理工程師，本科，主要從事地質工程勘察及巖土工程勘察工作。