高密度電法的應用實例

■趙偉鋒

（河北省地礦局秦皇島礦產水文工程地質大隊 河北秦皇島 066000）

高密度電法的應用實例

■趙偉鋒

（河北省地礦局秦皇島礦產水文工程地質大隊 河北秦皇島 066000）

高密度電法與常規(guī)電法相比具有測點密度高，信息量大，在查明采空區(qū)，尋找地下水的方面得到廣泛應用。該文章通過兩個實例詳細闡述了其在查明采空區(qū)，尋找基巖裂隙水的應用效果。

高密度電法采空區(qū)視電阻率基巖裂隙

1 高密度方法概述

1.1 高密度電法的發(fā)展

20世紀70年代末期的陣列電法探測思想造就了高密度電法的出現，英國學者Johanson博士設計的電測深系統(tǒng)實際上就是高密度電法的最初模式。80年代初,日本地質計測株式會社研究成功了高密度電阻率探查法(簡稱高密度電法),并且廣泛應用于工程地質及水文地質中。近年來,國內不少單位開展了該項方法技術,并且在查明采空區(qū)，尋找地下水等方面取得了較好效果。隨著勘察科學技術的不斷發(fā)展和國民經濟建設的需要,高密度電法做為一種新的物探方法技術,一定會在工程地質和水文地質以及其它相關領域中得到廣泛應用。

1.2 高密度方法原理和特點

高密度電阻率法的基本理論與傳統(tǒng)的電阻率法完全相同，所不同的是高密度電法在觀測中設置了較高密度的測點，現場測量時，只需將全部電極布置在一定間隔的測點上，由主機自動控制供電電極和接收電極的變化，完成測量。在設計和技術實施上，高密度電法測量系統(tǒng)采用先進的自動控制理論和大規(guī)模集成電路，使用的電極數量多，而且成本低!效率高!解釋方便且勘探能力顯著提高的勘探方法(李銀真.2006)。

2 高密度方法在采空區(qū)的應用實例

2.1 目的與任務

某市地面發(fā)生地面沉降，該地區(qū)曾經為煤礦開采區(qū)，開采方式為井下開采。為進一步了解采空區(qū)的詳細分布情況，在公路附近沉降區(qū)開展了物探勘察工作，旨在確定公路路肩范圍內是否存在煤礦采空區(qū)及采空區(qū)分布情況等，從而為下一步進行治理工作提供資料依據。

2.2 測區(qū)概區(qū)

工作區(qū)內地層主要為：上覆地層為第四系，巖性主要為砂礫石、砂質土等；下伏基巖為侏羅系、石炭系的煤系地層。

本區(qū)第四系地層視電阻率一般幾十Ωm，隨著粘性土含量的增加或減少或含水量的多少，視電阻率亦隨之降低或增高；下伏基巖中煤系地層視電阻率一般在120～150Ω.m,。當采空區(qū)未塌陷或者塌陷未充分充填采空區(qū)時，視電阻率明顯高于圍巖，具備了電法勘查的地球物理前提。

2.3 野外作業(yè)

該區(qū)采用高密度電阻率法測量的物性前提，是利用組成地下介質層間存在的電性差異，即不含水的采空區(qū)呈高阻，位于潛水面以下的充水采空區(qū)呈低阻，與圍巖的視電阻率背景易于區(qū)分。地表通過不同電極距的布設可采集到反映地下不同點位、不同深度的視電阻率值、而視電阻率值即包含著各種地質體的分布信息，通過對數據進行處理、各類圖件綜合分析解釋，確定出地下采空區(qū)以及斷裂構造帶的位置、圈定分布范圍以及在地表的對應位置。本次工作采用高密度電法剖面測量,共敷設勘察剖面2條,點距5m。1線位于公路西側沿路肩布設2線與1線平行，位于公路路基東側。

2.4 應用效果

由于采空區(qū)的存在改變了原來的地電特征。采空區(qū)和巷道不充水時，理論上電阻率為無窮大，但當采空區(qū)充水時,它的電阻率會急劇下降，低于其圍巖，所以判斷采空區(qū)的存在，一定要在高電阻率的(圍巖)背景下，劃分出低阻（充水的采空區(qū)）異常，或在相對低電阻背景下尋找高阻異常。經判斷本區(qū)采空區(qū)由于未充分塌陷充填，因此其電性反映應為高阻顯示，并將此作為判斷地下是否存在采空區(qū)的主要依據（王華鋒等，2013.王鶴宇.2012）。

1線（圖1）從ρs等值線斷面圖上看，視電阻率在水平方向有較大變化，在7～13m、18～34m、42～45m、51～54m、63～68m之間ρs等值線急劇向下撓曲延深到深部，視電阻率值大于160Ω.m，兩側小于160Ω.m，形成明顯的相對高阻異常區(qū)，異常呈封閉或半封閉狀態(tài)，結合地表裂縫位置分析推測為煤礦采空區(qū)所引起。

圖1

圖2

2線與1線平行，位于公路路基東側，剖面方位NE21°，從ρs等值線斷面圖上看，在3～18m、30～45m、72～75m處存在明顯的相對高阻異常區(qū)，與1線類似推測為煤礦采空區(qū)所引起。

3 高密度法在查找地下水的應用實例

3.1 目的與任務

為配合某單位的在秦皇島的水文地質地質調查項目，需要布置一定量的高密度電法工作，目的是為了查明測區(qū)范圍內第四系及基巖構造發(fā)育情況，圈定構造發(fā)育部位，并為布設水文觀測井提供依據。

3.2 地質概況

該區(qū)內上覆第四系地層，巖性主要為碎石、粉粘土；下伏基巖為花崗巖。工區(qū)出露的地層從老到新依次為上元古界青白口系；古生界寒武系、奧陶系；新生界第四系。本區(qū)最早為東西向的斷裂，接著為北東向，而后為南北、北西和北北東向，老的斷裂表現出多次活動性。

3.3 野外作業(yè)

根據地形、地貌選擇較為平坦的地方大致為東西向布置三條測線。編號為1線～3線，點距5m，裝置形式為單邊三極連續(xù)滾動式測深裝置（S3P）。電極點距5m，最大間隔層數30層（最大AB/2= 152.5m），工作中采取深打電極、重復觀測等措施，從而保證了工作質量。

3.4 應用效果

從ρs等值線斷面圖（圖2）上看，三條剖面極距22米以上斷面等值線形態(tài)各不相同，主要由于地表不均勻影響所致。22米到34米斷面等值線近于平行，大體反應基巖埋深。深部三條曲線斷面等值線明顯向小號點（西部）傾斜，表明小號點方向既西部，基巖裂隙相對發(fā)育或有溶洞存在，是富水的有利部位 （王聿軍. 2001）。

根據上述勘探成果,經水文地質人員結合地質資料和施工條件等,在2測線52m處確定井位鉆探。孔深為150m。

經抽水試驗,單井出水量Q=6.35m3/h;經分析水質完全符合TJ20-76飲用水標準。該井完全滿足了委托方要求,受到好評。

4 結語

工程實例表明，高密度電法是探測煤礦采空區(qū)和查明地下水的一種有效方法，與其它物探方法相比，具有成本低、效率高、地電信息豐富且探測精度高等優(yōu)點，在工程地質勘查中應用比較廣泛。

[1]王聿軍.2001.貧水山區(qū)電法找水的應用實例 [J].地質與勘探.37(3):73-74

[2]王華鋒,劉榮泉,鄭強,陳應軍,郭冬,劉俊,嚴加永.2013.綜合物探在金屬礦采空區(qū)中的應用-以焦家金礦望兒山采空區(qū)為例 [J].地質與勘探49(3):496-502

[3]魏放,魏義亮.2007.西部某水電站壩區(qū)采空區(qū)的工程效應研究 [J].地質與勘探.43(3):112-115

[4]劉偉,李澤坤.2010.飲水困難區(qū)地下水勘察新技術的應用.地質與勘探 [J], 46(1):147-151

[5]李銀真.2006.高密度電阻率法探測技術及其應用研究 [M].遼寧工程技術大學:21-23

[6]馬德錫,范俊杰,于愛軍,王治華,張峰.2008.高密度電法長剖面測量應用研究[J].黃金科學技術,2:48-54

[7]王愛國,馬巍,王大雁.2007.高密度電法不同電極排列方式的探測效果對比[J].工程勘查,1:72-75

[8]姚健,曾昭發(fā),李芳.2007.高密度電阻率法測量多排列數據拼接及誤差校正方法研究 [J].物探化探計算技術,3(29):209-212

[9]沈照理,劉光亞,楊成田,孫世雄,陳葆仁.1985.水文地質學 [M].北京:科學出版社:147-150

[10]高玉娟,盧放.α卡法和高密度電法在采空區(qū)探測中的應用 [J].西安地質學院學報,2010(3):316-318

[11]高玉娟,盧放.α卡法和高密度電法在采空區(qū)探測中的應用 [J].地球科學與環(huán)境學報,2010,32(3).

[12]楊鏡明.高密度電阻率法煤田采空區(qū)勘察效果 [J].物探與化探,2012(Z1): 12-15.

[13]張淑婷.地球物理勘查技術在探測煤礦采空區(qū)中的應用 [J].物探與化探, 2012(Z1):83-87.

[14]袁樹森,張志軍.高密度電阻率法在地下煤礦采空區(qū)探測中的應用 [J].礦產與地質,2006,20(3):273-278.

[15]王鶴宇.采空區(qū)地球物理勘探技術方法 [J].物探與化探,2012(Z1):34-39.

[16]馬志飛,王祖平,劉鴻福.應用綜合物探方法探測煤礦采空區(qū) [J].四川地質學報,2009,29(1):118-121.

[17]付良魁主編，地球物理勘探教程――電法勘探，【M】.北京.1988.

[18]李金銘著，地電場與電法勘探， 【M】.北京.地質出版社，2005

[19]王興泰等，工程與環(huán)境物探新方法、新技術 【M】.北京.地質出版社，1996.

[20]陳明生編著，高分辨率電阻率法探測地下洞體， 【M】.北京.地質出版社，1996.

[21]阮百堯.高密度電法工作中的幾個問題研究， [J].工程地球物理學報，2005（4）；264-269

[22]薛保民.綜合找水方法在山區(qū)找水中的實踐 [J].地下水,2003,25(1):47-48

[23]周世恩.高密度電法與常規(guī)電法結合在巖性接觸帶找水勘查中的應用--以登封市徐莊鎮(zhèn) []孫橋村 (HNGT760)鉆孔定井物探為例 [J].貴州地質,2012,29 (2):119-122,139.

[24]王聿軍.電法在某山區(qū)的找水效果 [J].物探與化探,1999,23(5):351-355,32.

P641.73[文獻碼]B

1000-405X（2015）-11-137-2

趙偉鋒（1989～），男，助理工程師，研究方向為地球物理勘查。