高密度電法在隧道勘察土石劃分中的應用研究

劉巖波，周　韜，李九泉

（河南省煤田地質局物探測量隊，河南鄭州450009）

高密度電法在隧道勘察土石劃分中的應用研究

劉巖波*，周韜，李九泉

（河南省煤田地質局物探測量隊，河南鄭州450009）

高密度電法被廣泛應用于工程勘察領域，雖然勘探深度不大，但是該方法受干擾小，勘探精度高，在路基勘察、隧道勘察、煤田采空探測中廣泛應用。高密度電法探測土石分界面是利用兩種不同介質的導電性差異，結合地表已知出露情況，根據視電阻率的變化形態，推斷界面的起伏變化。根據物探推斷土石分界面埋深及形態，結合后期鉆探資料，合理指導隧道工程施工。

高密度電法；土石分界面；隧道勘察

1　概述

高密度電阻率法是一種在方法技術上有較大進步的電阻率法，就其原理而言它與常規電阻率法完全相同[1]。該方法是集電測深法與電剖面法于一體的直流電法勘探方法[2]，采用陣列式方式觀測，多電極高密度一次性布極并實現跑極和數據采集自動化，穩定性提高的前提下相對常規電阻率更為高效。高密度的反演目前工程應用中主要是二維反演，商用軟件也比較多，目前使用最廣泛的商業軟件主要有Res2DINV和Res3DINV系列軟件，AGI公司的Earthimage2D、Earthimage 3D系列軟件等[3]。高密度電法有多種工作裝置，工程中經常用到四極裝置：α裝置(溫納裝置AMNB)、β裝置(偶極裝置ABMN)和γ裝置(微分裝置AMBN)，施倫貝爾裝置；三極裝置：AMN、MNB。

2　工程實例

2.1工程概況

高密度電法在公路、鐵路隧道施工中廣泛應用，是一種簡單、高效、實用的物探方法。山西長治某地區某高速路段隧道施工過程中穿過山體與土石界面，為查明巖體與松散層分交界面以及斷層、巖溶等不良地質現象，采用高密度電法手段對隧道施工段進行探測。工作區內出露地層主要有：第四系粘質黃土、粉質粘土、泥巖、砂巖及奧陶系灰巖。

2.2數據采集

工作裝置的選擇一般取決于施工場地開闊程度、地形起伏、探測任務及探測精度要求等諸多因素。結合本次探測工作區情況可知場地條件良好，勘探深度小于100m，可采用α裝置施工，每個排列60電極，點距10m，結合探測深度選取隔離系數n=12。見圖1。

圖1　α裝置示意圖

2.3數據處理

野外采集過程中難免有各種不同因素造成的干擾，在正確的認識干擾原因的情況下，盡量消除干擾，優化數據。外業采集時難免有一些畸變數據，主要是因為電極接地條件造成，數據表現為與相鄰測點比較呈突變型，畸變點需剔除。剔除畸變數據后可做數字濾波，以消除采集過程中隨機干擾。見圖2。

圖2　濾波前后對比

2.4數據反演成果

高密度電法測量得到的數據是各個電極在不同位置時測得的視電阻率，還需要對數據進行反演，計算出地下視實電阻率并以圖件形式顯示，直觀反映地下物質的電阻率變化[3]。本次反演計算采用RES2DINV高密度電法處理軟件，其工作原理是采用平滑約束最小二乘法進行模型優化，利用采集后預處理的電阻率數據計算生成地電模型[4]。

圖3　5000～5500段視電阻率斷面圖

圖3為反演計算后獲得的5000～5500視電阻率斷面圖，結合地表巖石出露情況以及視電阻率等值線的變化規律，選取30Ω·m等值線為界線大致作為土石分界面。實地采集時，5000點附近已接近基巖出露部位，推斷該點土層相對較薄；斷面圖中視電阻率大于30Ω·m后等值線梯度變大，推斷高梯度變化帶應為土石界面的反映。圖中黑色橢圓部位等值線變形彎曲，視電阻率值降低，推斷該處有灰巖溶蝕或溶洞現象。

圖4　5600～6200段視電阻率斷面圖

圖4、圖5分別為5600～6200段視電阻率斷面圖與該段推斷地質剖面。由地面調查可知，在6060點處為地層界限，大號點方向灰巖出露，小號點方向黃土覆蓋。斷面圖中白色實現為推斷界面，根據高密度物探推斷成果，在5800測點處設計驗證鉆孔一處，鉆探結果顯示在距地表深度23.5m處揭露灰巖，與物探推斷界面誤差約1m，鉆探結果與物探推斷成果吻合很好，物探成果可信度較高。

圖5　5600～6200段推斷地質剖面

3　結論

通過實踐工作可知，高密度電法探測土石分界面應用效果明顯，得到地電模型能夠較好的反映地層的分布情況，鉆探結果表明勘探精度較高。

野外采集過程中電極接地不良時很容易產生畸變數據，處理過程中注意去偽存真。成果解釋遵循由已知到未知，結合地表調查成果對電性成果解譯，配合后期鉆探成果，對物探資料給以校正，更好地提高物探解釋精度。

[1]李金銘.地電場與電法勘探[M].地質出版社,2005.

[2]王粵,龔育齡.高密度電法在探測某隧道路段土石方量中的應用[J].工程地球物理學報,2012,9(4):390-393.

[3]嚴加永,孟貴祥,呂慶田，等.高密度電法的進展與展望[J].物探與化探，2012，36（4）：576-583.

[4]付小明,吳有亮,武驕陽，等.高密度電法在穿越工程中的應用研究[J].勘察科技學術,2011（2）:56-59.

P631.3

A

1004-5716(2015)07-0009-03

2014-07-14

劉巖波（1980-），男（漢族），河北廊坊人，工程師，現從事電法物探工作。