高密度電阻率法在工程勘察中的應用

時貴平

（甘肅省地礦局第二勘查院，甘肅 蘭州 730020）

高密度電阻率法測量成果既能反映地下某一深度沿水平方向地質體的電性變化，同時又能提供地層巖性沿縱向的電性變化情況，具備電剖面法和電測深法兩種方法的綜合探測能力?；谝陨蟽?yōu)點，該方法廣泛的應用于工程地質勘察、物探找水、考古、采空區(qū)評價、巖溶調查、滑坡等災害調查方面。

1 高密度電法的基本原理

高密度電阻率法是日本地質計測株式會社在20世紀80年代中期首次提出,并應用手動轉換實現(xiàn)了野外數(shù)據(jù)采集。20世紀80年代末，我國對該方法技術和儀器設備進行了開發(fā)研究。進入90年代，我國成功研制高密度電阻率測量系統(tǒng),并應用于工程勘察之中。高密度電法為直流電法，是以探測地質體與圍巖的電性差異為基礎，達到精細化勘察的目的。高密度電法集中了常規(guī)電阻率剖面法和測深法兩者的優(yōu)點，不僅可以觀測目標體橫向電性變化特征，同時還可以觀測一定深度內電性的垂向變化規(guī)律。其采集點密，測點間距可以根據(jù)勘察的目標體不同而進行靈活設計，從而彌補了常規(guī)電法數(shù)據(jù)量少、效率低的缺點，增強了解決問題的能力。高密度電法數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由主機、多路電極轉換器、電極系三部分組成。其野外可選工作裝置類型較多。筆者結合大量的勘察實例,認為溫納裝置為首選的裝置類型。在高密度電法勘探中，為了達到精細勘察的目的，均應進行二維電阻率反演。在進行反演前首先保證數(shù)據(jù)質量，對高密度原始數(shù)據(jù)應進行必要的數(shù)據(jù)復核，對不復核要求的壞點進行剔除，反演參數(shù)設置，根據(jù)剖面數(shù)據(jù)質量選擇不同的迭代次數(shù)，筆者結合多次勘察案例認為高質量數(shù)據(jù)適當較少迭代次數(shù)，反演效果較佳。

2 工程實例

（1）地質和地球物理條件。某工程場地地形開闊平坦，原為農田，地勢自北向南緩傾，地面高差小，場地內民居密集，南北向地表起伏較大，分布有眾多的不良地質體，后經(jīng)塌落或水田改造平整土地時填埋以及灌溉澆水陷落，在地表形成地裂縫和小范圍塌陷，因其特殊的環(huán)境和成因，呈現(xiàn)出拉亂分布、形態(tài)各異、深淺差異大的特點，總結規(guī)律，認為暗埋不良地質體主要有以下幾種類型。第一種為古采坑填埋型，主要分布于表層覆土厚1m～3m的北部區(qū)域，以明坑形式采砂，深度3m～5m不等，直徑可達3m～20m，個別長度大于百米，后在平田整地時以耕植土回填形成不密實區(qū)。第二種為砂巷塌落填埋，多分布于表層覆土厚3m～6m的中部區(qū)域，以深巷形式采砂，巷道頂板塌落后回填礫石質填土，多形成地裂縫。根據(jù)以往勘察經(jīng)驗，地表耕植土和黃土狀粉土因降雨保墑和灌溉等因素，視電阻率總體表現(xiàn)為低阻特征；砂礫層應視含水性和黏土含量不同而視電阻率值有所差異，應結合潛水面高低等影響因素具體分析；不含水砂礫、卵石層和角礫層均為高視電阻率特征。結合區(qū)域工作經(jīng)驗及走訪調查，勘察區(qū)內主要有回填不密實型不良地質體、塌陷型不良地質體和淺層空洞型不良地質體。

（2）不良地質體勘察中的應用效果。利用高密度電法進行地質體勘察，首先應保證高密度電法勘探深度滿足要求；其次應結合實際進行裝置試驗，選擇最佳能夠反映目標的裝置類型形式。作者經(jīng)過試驗認為，溫納裝置較其它裝置穩(wěn)定。測線長度結合探測地質體的深度和規(guī)模確定，考慮到勘察目的的精細性要求，本次確定電極距為2m，采用溫納裝置進行。一號場地原為采砂坑，后經(jīng)人工填埋，表層砂坑特征不明顯，但后期出現(xiàn)了明顯的地裂縫。剖面長100m，垂直地裂縫布置。

圖1 一號試驗區(qū)高密度測深斷面圖

剖面在橫向和縱向的電性特征明顯，30m～65m為地表耕植土的低阻特征，視電阻率值約40Ω·m；63m～95m為后期回填區(qū)，存在兩處回填疏松區(qū)，分別為69m～73m，深度約3m，77m～80m深度約7m。后經(jīng)鉆孔驗證,證實了物探的上述推斷，回填不密實主要是因卵石和少量建筑垃圾（磚塊）造成。

二號場地原為采砂坑，后期平田整地時以旱田表層砂礫耕植土回填形成礫石質填土由于回填不密實，造成地表塌陷沉降。布置三條剖面近米字型進行探測。

圖2 二號試驗區(qū)高密度測深斷面圖

三條剖面顯示回填界面清晰，塌陷區(qū)中心為低視電阻率特征，視電阻率值約60Ω·m；塌陷影響深度大于15m。后經(jīng)鉆孔驗證,在2#剖面84m處，存在深度17m的回填不密區(qū)，塌陷后在雨水和灌溉水影響下砂礫層較為潮濕，整體表現(xiàn)為低阻特征。三號場地原為農民耕地，地表下淺層有一采砂巷道，經(jīng)年久巷道頂板塌落，現(xiàn)出露地面，洞口直經(jīng)約1m。

以洞口為中心布置四條井字形剖面進行探測。1#和2#剖面呈近南北向，剖面間距5m；3#和4#剖面呈近東西向，剖面間距5m。結合剖面成果，推測該采砂巷道呈南北向貫通，巷道寬約3m。后經(jīng)踏勘檢查,在南北向存在長約25m的塌陷區(qū)，地裂縫沿南北向常見，影響寬度最寬處約3.3m。

圖3 三號試驗區(qū)高密度斷面圖

通過以上實例認為利用高密度電法進行回填不密實區(qū)劃分、塌陷范圍圈定和追索淺部采砂巷道走向是行之有效的，比常規(guī)電法表現(xiàn)得明顯、詳細。

3 結論

①通過以上不良地質體的勘察實例，高密度電法測量與實際驗證的對應情況，認為高密度電法探測所取得的成果，能較詳細準確的反映出目標體的展布形態(tài)，具有較好的勘探效果。②電法勘探是一種體積勘探方法，所測得異常范圍和形態(tài)要認真分析和踏勘，推斷解釋結果才更逼近真實。③高密度電法的成果解釋,應該結合地質資料、驗證成果和物性基礎進行，特別是通過鉆探驗證資料的對比分析,總結規(guī)律，進行二次精細解釋尤其重要。