地質災害檢測中直流高密度電法的應用研究

趙顯志，王騰飛，朱永磊

（中化地質礦山總局河南地質局，河南 鄭州 450011）

1 研究區(qū)地球物理特征分析

本研究場地位于中部某省份，地貌單元屬沖洪積平原，地形呈北高南低。本工作區(qū)主要以粉土為主，巖性變化較小，其地球物理特征表現為：自身電阻率變化也很小，受其含水率的變化，電阻率出現差異，也是本次開展直流高密度電法的前提，通過本次測量發(fā)現，該地區(qū)粉土層視電阻率一般是40Ω.m～120Ω.m，隨著含水率的增加視電阻率逐漸降低，視電阻率往往小于40Ω.m。

2 地球物理工作方法

2.1 測線布設

根據工作區(qū)具體特征，在a#樓體的南北兩側和東側布設了3條2D直流高密度電法剖面，在a#樓的東側和南側圍繞樓體外圍布設了兩條矩形3D測線、一條╝型天然電場測線和4條中間梯度法測線，測線分布圖見圖1。

圖1 直流高密度電法工作示意圖

2.2 野外工作方法

直流高密度電法采用多芯電纜和多道電極人工建立地下穩(wěn)定直流電場，通過程控式多路電極轉換器，選擇不同的電極組合方式和不同的極距間隔，實現供電和測量電極的自動轉換、自動供電、自動觀測和自動記錄、自動計算和自動存儲，獲取地下介質的視電阻率分布規(guī)律，進而推斷地下的地質結構和構造解決水文與工程地質問題。

直流高密度電法綜合了剖面(水平)、測深(垂直)兩方面的信息，測點密、信息量大，提高了電性的分辨能力，又減少了人為影響因素，提高了工作效率。帶地形的電阻率層析成像技術，使得視電阻率剖面直觀地反映地下介質的電性變化。為地質推斷解釋帶來了極大的方便。150道的高密度電法，橫向的分辨率高，多種裝置可供選擇以適應解決不同的地質問題。高密度對淺層良好的適應性，可用于探測基巖面起伏、土層中的“擾動”低阻區(qū)。該方法的原理是利用隨供電電極距AB的逐漸增大和測量電極MN的移動，來達到測深和測剖面的綜合效果。高密度電法集合了電阻率剖面和電阻率測深的綜合優(yōu)點，采用高密度布置電極的方式采集數據，達到高精度解決地質問題的目的。由儀器的先進設計及資料處理能力及高密度電法儀，能快速而準確地獲得豐富的地電信息。

本次工作使用以GD-10多功能數字直流激電儀為測控主機。按照不同的實際情況，沿房屋外圍布線點距2m。由于每條剖面長度不近相同，即電極個數150根，選擇隔離系數根據要求測量深部不同而定。供電時間T=2mS，接地電阻小于1000Ω·m。供電電源使用450伏電池箱組并聯，供電電流穩(wěn)定。

使用上述儀器及設備對工區(qū)進行了測量，為了保證觀測質量，對測量中出現的個別畸變點和異常點進行了重復觀測。為保證測量精度，采取的具體措施如下：開工前，必須對用于生產的儀器的技術指標進行測試，只有技術指標完全符合規(guī)范要求的儀器方可用于野外生產。盡量提高供電電源電壓，采用三箱蓄電池組箱串聯供電，供電電壓450v。為防止漏電，采用絕緣性能好的專用電纜為AB供電電線。觀測之前，首先通過儀器檢查各電極的接地情況，當發(fā)現接地電阻大于1000Ω者，改善接地條件，打深、澆水或適當移位，保證所有電極接地條件良好方可開始進行測量，以保證較大的供電電流和取得信號的質量。

2.3 野外工作質量評價

經過對本次直流高密度視電阻率測深1條剖面系統(tǒng)質量檢查，質量檢查采用重新布線布極的方式，質量檢查剖面長度占總剖面長度的11.1%。經過統(tǒng)計計算，均方相對誤差M=±3.13%，小于4%規(guī)范要求，說明質量可靠。

3 推斷解釋

3.1 資料整理

物探工作每天將野外采集數據通過通訊線傳輸至計算機，通過格式轉換、數據整理等步驟，提交正確無誤的數據，使用專業(yè)繪圖軟件Surfer8.0繪出ρs等值線斷面圖，以此圖為依據進行解釋推斷。

當天的數據當天處理，處理采用深圳地脈科技有限公司隨儀器配套研發(fā)的電法數據處理與轉換程序，轉入2D、3D電法解釋軟件對資料進行整理，地形校正、擬合解釋，得到各測深點的深度。解釋軟件利用瑞士《2DVES二維高密度電法反演軟件》進行數據處理，程序處理后的資料采用surfer8軟件繪制比例尺1：2000解譯視電阻率斷面等值線圖，然后轉換成CAD2004版.dwg繪圖格式。根據二維自動解釋結果，推斷出各剖面地電分布規(guī)律。

3.2 推斷解釋

3.2.1 自然電場推斷解釋

本次圍繞a#樓東南角布設╝型自然電場測量剖面，測線X20Y8的位置位于樓體東南角的東南方向，距離樓東南角偏東1.5m偏南5.6m，并作出自然電位分布圖，從圖中可以來看，該區(qū)域樓梯東側存在大量的正電位場，樓梯南側主要以負電位場形式存現，電位變化范圍-315mV～82mV。說明該區(qū)域地表水水流方向為南北向。

3.2.2 2D直流高密度電法推斷解釋

（1）1剖面直流高密度電法推斷解釋：1剖面位于a#樓北側，與樓體北墻近似平行布設，測線距墻邊為9m，測線長度130m，點距2m，隨著深度的增加視電阻率整體呈現低高低的電性特征，淺部的低電阻率現象，主要為回填土反應；中部的電阻率現象主要為粉土層反應，由于含水率較小，呈現高阻現象；下部的低電阻率現場主要是隨著深度的增加含水率逐漸增大，視電阻率呈現的低阻現象。在48m～84m段地下3m至15m的深處出現一個高阻缺失，說明該處含水率相對較高或粉土層缺失。

場頭廢地立地條件比較差，土壤肥力貧瘠，如果采取常規(guī)扦插方法，出苗率低，效益差，很難達到90%以上的出苗率，所以要因地制宜，從整地改土，扦插苗處理，肥水保持，修剪管理，病蟲害防治上，采取一系列切實有效的措施，才能確保大葉女貞扦插育苗的成功。

（2）2剖面直流高密度電法推斷解釋：2剖面位于a#樓東側，距離東墻5.5m，南北向布設，測線長度120m，點距2m，隨著深度的增加視電阻率整體呈現低高低的電性特征，視電阻率分布特征與1線相類似，在50m～72m段地下3m至15m的深處出現一個高阻缺失，說明該處含水率相對較高或粉土層缺失。

（3）3剖面直流高密度電法推斷解釋：3剖面位于a#樓南側，距離樓南墻9.5m，東西向布設，測線長度120m，點距2m，隨著深度的增加視電阻率整體呈現低高低的電性特征，視電阻率分布特征與1線相類似，在30m～68m段地下5m至20m的深處出現一個矩型高阻缺失，說明該處含水率相對較高或粉土層缺失。

3.2.3 中梯掃面推斷解釋

（1）1區(qū)中梯掃面推斷解釋：1區(qū)位于a#樓南側東西布設，網度20×5，點距2m，樓體南墻距最近測線5.5m，樓體東南角位于測線的X19的位置，從電性分布圖中可以看出，隨著AB距的增加，在X8～18段高電阻率出現缺失，說明該段含水率較高或是粉土層缺失。

（2）2區(qū)中梯掃面推斷解釋：2區(qū)在a#樓南側東西布設，網度10×10，點距2m，樓體東南角距最近電極1.5m，電性分布圖中可以看出，隨著AB距的增加，在Y-5～5段高電阻率出現缺失，說明該段含水率相對較高或是粉土層缺失。

3.2.4 3D直流高密度電法推斷解釋

（1）1區(qū)3D直流高密度電法推斷解釋：1區(qū)3D在a#樓南側，測線與1區(qū)的中梯掃面測線向重合，電性分布見圖2，從圖中可以看出，4m～12m位于呈現低阻凹陷，說明該段地層含水率較高，該地電斷面與2D的3剖面測量結果相對應。

圖2 1剖面視電阻率3D綜合擬斷面圖

（2）2區(qū)3D直流高密度電法推斷解釋：2區(qū)3D在a#樓東側，測線與2區(qū)的中梯掃面測線向重合，并作出電性分布圖3，從圖中可以看出，X0、Y4m～14m呈現高阻狀態(tài)，說明該段地層較為穩(wěn)定含水率較低；X4～12、Y0～18呈現低阻凹陷，說明該段地層含水率較高,該地電斷面與2D的2剖面測量結果相對應。

圖3 2剖面視電阻率3D綜合擬斷面圖

4 結論與建議

直流電法存在體積效應、邊界效應、縱深比等因素，物探異常的發(fā)現除與技術手段、儀器精度有關外，與地質背景、地形條件、目標體的規(guī)模、埋深、物性差異及測網密度均有直接的關系。盡管在資料整理的時間充分進行了地改、反演、計算等來消除地形影響，但是測量精度還是受到一定影響。物探只是一種間接手段，成果具有一定的不確定性和多解性，所以不得將未經驗證的物探結果作為唯一依據使用于設計、施工。

根據測量結果，可大致將工作區(qū)分為三個電性特征:

（1）埋深0m至5m段主要表現為中低電阻率，視電阻率在40Ω·m左右，主要為素填土或者粉土含水率較弱的反應。

（2）埋深5m~20m段主要表現為中高電阻率，視電阻率在大于40Ω·m，主要為粉土含水率較差的反應，部分段視電阻率低于40Ω·m，說明該段含水率較高。

（3）埋深20m以下，視電阻率小于40Ω·m，說明該深度含水率較高。

綜合來看，本次測量取得了較好的效果，劃分出了埋深5m至20m段的含水率較高的位置，發(fā)現在a#樓的東段的下部，埋深在3m至5m的下方，出現30m至36m的高阻缺失的異常。建議在a#樓南側東段進行工程驗證，通過工程驗證，確定異常存在的原因，再由設計部門根據實際情況進行合理調整。