地質勘察中高密度電法的應用研究

田秋生

（黑龍江省煤田地質物測隊，黑龍江 哈爾濱 150008）

高密度電法具有小點距、數(shù)據采集密度大、施工效率高和分辨率高的特點，在工程地質、管線探測、物探找水、巖溶及地質災害調查等工程地質勘察中已逐漸成為常用的方法。

1 高密度電法概述

1.1 基本原理

高密度電法是20世紀80年代在常規(guī)電法基礎上發(fā)展起來的一種新型陣列勘探方法，它是基于靜電場理論，以探測巖土介質的導電性差異為前提進行的，通過觀測和研究人工建立的地下穩(wěn)定電流場的分布規(guī)律從而來解釋地下地質問題。高密度電法進行二維地電斷面測量，兼具剖面法與測深法的功能。能有效地進行多種電極排列方式的掃描測量，因而可以獲得較豐富的關于地電斷面結構特征的地質信息。高密度設置了較高的測點密度，儀器利用多路電極轉換裝置，自動實現(xiàn)多種電極排列和多參數(shù)測量，一次可完成縱、橫二維的勘探過程，既能反映所探地質體在某一深度上沿水平方向巖性變化，又能反映其在垂直方向不同深度上的巖性變化規(guī)律，獲取的地質信息豐富，探測精度高。因此在工程地質勘探中得到了越來越多的應用。

1.2 工作流程

高密度電法數(shù)據采集系統(tǒng)由主機、多路電極轉換器、電極系三部分組成。多路電極轉換器通過電纜控制電極系各電極的供電與測量狀態(tài);主機通過通訊電纜、供電電纜向多路電極轉換器發(fā)出工作指令，向電極供電并接收、存貯測量數(shù)據。其具體工作流程見圖1所示。

圖1 高密度電法工作流程圖

高密度電阻率法工作時，其供電電極與測量電極是一次性布設完成的。通常情況下，經由儀器的電極轉換開關控制，排列中的某兩根電極既作為供電電極AB，在下一組組合測量時又要作為測量電極MN。我們在工作時，總希望探測深度要深(即AB要大)，又不會漏掉小的異常體(即MN要小)。要提高橫向分辨率，就要犧牲它的探測深度，反之亦然。所以在設計極距時，既要充分考慮探測深度，又要兼顧橫向分辨率。

1.3 資料處理

高密度電法的數(shù)據處理主要包括兩大部分，即數(shù)據預處理和數(shù)據反演處理。數(shù)據預處理主要包括:編輯視電阻率值，對突變點和噪聲引起的畸變數(shù)據進行剔除;對由多個測量斷面組成的剖面進行拼接，把各電極所對應的平面坐標添加到數(shù)據文件中。對于地形起伏較大的剖面，把高程坐標添加到數(shù)據文件中，以備反演處理時進行地形校正處理;反演處理主要包括：根據地質調查資料建立初始的二維地電模型，選擇反演參數(shù)等，然后采用最小二乘法進行反演計算，查看反演結果，最后進行地形校正，獲得最終的地下地電斷面，用于地質解釋。

2 高密度電法在工程地質勘察中的應用

2.1 高密度電法在地下空洞探測的應用

目前越來越多的工程建設項目遇到地下采空區(qū)的探查問題。地下采空區(qū)引起的地面沉陷，是工程建設的隱患，已成為一種較典型的地質災害問題，查明地下采空區(qū)的埋深及分布范圍，對地下采空區(qū)的處理就顯得十分重要。本勘查區(qū)內主要巖層的電性特征為:上層第四系主要為黃土層，電阻率值較高，下層煤系地層呈相對低阻層。煤層被開采后，隨著時間的推移，采空區(qū)上方巖層在重力作用下發(fā)生塌陷，造成煤層上覆巖體失去原有的平衡狀態(tài)，首先破壞了巖石的完整性和連續(xù)性，致使巖層破碎和出現(xiàn)大量的空隙和裂隙，故該處電阻率會偏高于完整巖石處的電阻率。對采空區(qū)進行了灌漿處理后，則采空區(qū)部分的電阻率會明顯低于周圍完整巖石的電阻率，表現(xiàn)出一定的低電阻率特征，如圖2所示。由以上分析可知，測區(qū)內各地層及巖層之間均有明顯的電性差異，標示了注漿體的綠色及淡綠色部位即為勘察目的層位。

圖2 采空區(qū)灌漿檢測電阻率斷面圖

2.2 高密度電法在地下管線探測的應用

由于早期城市地下管錢網未進行合理規(guī)劃，加之大多地下管線規(guī)劃圖紙遺失，等后期進行城市地下管線網改造時就很難準確知道地下管線的具體位置，施工時就會不可避免地發(fā)生事故，影響施工進度。所以，在市內進行開挖工程前，能夠明確城市地下管線的情況是非常重要的。高密度電法對地下管線的探測具有較好的應用效果。普查區(qū)內埋有地下輸水管道，由于輸水管道為金屬，加之管道內流體均為低阻良導體，故在電性上與周圍土層有明顯的電性差異，具備地球物理勘探的前提條件。垂直管線剖面進行了三次高密度電法測量，對資料數(shù)據反演處理后得管線探測電阻率斷面圖，如圖3所示。通過對連續(xù)測量的三個電阻率剖面的分析，能明顯確定需要勘查的管線位置，在斷面圖上表現(xiàn)了圓形剖面并呈現(xiàn)出連續(xù)性。通過開挖，其測試結果得到證實，開挖結果和解譯結果一致。

圖3 管線探測電阻率斷面圖

2.3 高密度電法在堤防隱患探測的應用

高密度電法在堤防隱患探測的應用具有較好的效果。當?shù)谭来嬖陔[患時，如不能明確其存在位置，會給防洪防汛帶來巨大的壓力，甚至會威脅周圍人民群眾的生命安全。所以，能有效的探測并排除提防隱患是非常重要的。本次勘查黃河某處堤防隱患，電祖率斷面圖如圖4所示。通過對實測電阻率數(shù)據反演處理后，顯示出堤內裂隙的位置及深度，對堤防隱患的治理指明了方向。

圖4 提防隱患探測電阻率斷面圖

結語

本文介紹了高密度電法的原理及勘探特點，該勘探方法具有測量信息豐富、對地下地質體分辨能力高的優(yōu)點。在對地下空洞、地下管線及堤防隱患工程地質勘察中的應用是可行的，并能取得較好的應用效果。同時，由于某些勘查工程受地質地形影響較大，在一定程度上影響勘探測量的精度，所以，結合勘察區(qū)域的地質及其他資料，勘探的準確度會更高。

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