高密度電法與超前物探在地質勘察中的應用比較

侯德冰

（中化地質礦山總局湖南地質勘查院 湖南長沙 410000）

高密度電法與超前物探在地質勘察中的應用比較

侯德冰

（中化地質礦山總局湖南地質勘查院 湖南長沙 410000）

科技的不斷革新，越來越多的新材料也被人們所熟知，各類綜合物探的方式也不斷推陳出新，而高密度電法以及超前物探法作為物理勘探的兩個重要分支，近幾年在地質物探的勘察中得到了廣泛的應用，基于此，本文就對地質勘察的主要任務、高密度電法以及超前物探的基本內容進行了簡要的分析，并結合相應的工程案例對兩者進行了對比。

高密度電法；超前物探；地質勘測；應用比較

1 引言

使用勘探方法判斷地質情況時，主要是依據地震波的振幅變化情況以及波的實際折射、反射情況而推斷的。在重大場地的工程地質調查中，大壩、橋墩選址時，采空區以及巖溶區探測時，運用高密度電法勘探取得的效果良好；而在地質勘察中運用超前物探技術則能夠提高探測的效率、準確度，并減少探測的損傷。所以，必須做好高密度電法與物探方法的比對，以便更好的展開地質勘察工作。

2 地質勘察工作的相關概述

2.1 地質勘察的主要任務

在建設建筑工程前，要對擬建區域的地質問題，例如選擇地基、工程周邊的地質情況以及做好后續的安全防護工作進行全方位的考慮，并為工程建筑提供詳盡的工程地質資料，以便后續施工更為科學合理。在地質勘察時要做好以下幾種工作：

（1）對整個施工工區進行全面的檢查，以便更好的對地質資料、地質構造以及地質形成的具體過程進行有效的分析，整理出有利因素以及不利因素，選擇最優質的擬建場地，并按照所選場地的實際地質條件，合理的對其進行規劃，有效降低施工的難度，縮短施工的工期以及減少施工成本的投入。

（2）選定了建筑擬建的場地后，要做好場地的地質勘察工作，按照建筑物的規模、類型以及施工的主要方式，制定更為科學合理的施工方案，在施工方案中要將不良地質可能帶來的影響包含在內。

（3）在實際建設建筑物時，或多或少會對建筑周邊的環境以及地質環境造成影響，嚴重時還會出現地面塌陷的問題，因此，為了有效確保施工安全，需要對施工過程中以及施工前后的地質條件所發生的變化進行詳細的預測，并制定相應的解決措施。

2.2 地質勘察的兩種主要方式

2.2.1 高密度電法基本概述

（1）高密度電法的原理

高密度電法的原理跟常規直流電法的原理基本相同，都是對地質體以及圍巖的電性差異進行分析，對電場的分布規律進行研究，對工程存在的地質問題進行合理的解決。而高密度法跟常規直流電法相比，更是綜合了常規電法中的電剖面法以及電測探法對地下橫向電性的變化情況進行觀測，還能夠對一定深度下的垂向電性的變化情況進行觀測。使用高密度電法能夠采集到大量的數據，測點的密度較高，能夠有效彌補常規電法數據不足的情況，極大地提高了工作效率。

高密度電法數據采集系統主要由三個部分組成，即主機、多路電極轉換器以及電極系。此方法在野外工作裝置形式比較多，總電極數跟點距可按照場地條件與勘察深度任意選擇，具體勘察原理流程如圖1所示。

圖1 高密度電法工作示意圖

（2）資料整理與解釋

由于高密度電法的裝置種類較多，不同的裝置，整理資料的過程也大不相同，基于此，本文以溫納（對稱四級）裝置為例，即選取AM=MN=NB=a，記錄點取在MN的中間，儀器所測視電阻率計算公式為：

其中：KAB=2×Π×a。

當電極數為60個或者120個時，電機距選擇1～5m，最大的隔離系數選擇最16或32。采集系統通過儀器自動選取A、B、M、N，并在60或120根電極中相互轉換，同時主機測試到不同位置不同層的ρs值，最終完成整條剖面的數據采集工作，根據視電阻率值的變化異常來劃分地層分布情況。

2.2.2 超前物探方法基本概述

地球物理勘探簡稱物探，能夠為開發資源和保護環境提供相關的參考。現階段，工程地質勘察中廣泛的運用了物探法，在一定程度上促進了我國經濟發展。傳統的地質勘察法主要有鉆探取土和雙橋靜力觸探兩種，盡管這些方法在一定程度上對于各個領域的發展起到了一定的促進作用，但如果僅僅只使用一種勘察方法，難以跟勘察工程的地質的需求保持一致，各勘察方法的作用也十分的有限，因此在實際地質勘察中要綜合多種勘察方法，以此提高勘察的質量。

（1）地質超前物探勘察的原理

跟高密度電法的基本原理相比，超前物探也是通過對巖、礦山與含水地質體之間的電性差異進行分析，研究出地質周邊的電場分布情況，只是超前物探是通過布置在巷道內供電電極在巷道周圍巖層中建立起全空間的穩定人工電場，該穩定電場的特征取決于巷道周圍巖石的電性特征及其賦存狀態，再通過測量電極觀察和研究地殼周圍人工電場的變化和分布規律，使用全電場理論處理和解釋，進而得到巷道周圍巖石中引起電場變化的水文地質狀況。超前物探是研究掘進頭前方地層變化規律，預測掘進頭前方地質體異常情況的一種電法探測技術。

（2）地質超前物探勘察的特點

在工程地質勘察中，超前物探方法具有以下幾點特點：

①探測的深度淺。在對工程設計進行探測時，地質問題一般會發生在淺層地域，而物探方法的探測深度也在相應的范圍內，即所謂的幾米至幾十米，但最深不會多于百米，所以探測的深度較淺。

②探測的精確度高。通常情況下，工程建設單位對于物探方法的精度要求較高，探測的深度以及地表的位置不能夠出現較大的誤差，務必要將誤差控制在厘米以內。

③對于施工場地的要求較低。物探方法主要的內容就是對工程地質進行勘察，并對地質資料進行分析，而這些工作一般需要耗費幾天至幾十天不等，且對工程的危險程度進行分析時，需要在1d內得出探測結果。

3 高密度電法與超前物探在地質勘察中的實際應用

3.1 工程概況

某礦8102的回風巷在三疊下統沙堡灣組，巖性為灰、灰綠色泥巖，夾有少量的泥灰巖及粉砂質條帶，其中泥巖為主要的含水層。前期掘進過程中會遇到斷層而發生突水事件，據推測其主要原因在于泥巖出現了滲水，所以，在進行前方掘進時，務必要對前方地質條件進行預探。

3.2 高密度電法與超前物探在工程地質勘察中具體應用

3.2.1 高密度電法探測

采用DZD-6型多功能激電儀和DUK-2A型高密度測量系統。在8102回風巷布置勘探線2條，每條電極數90個，共180個電極，電極間距10m。測線測深均為240m，得到電阻率剖面如圖2～3。

圖2 高密度電法勘探1號線電阻率剖面圖

3.2.2 超前物探探測

采用YTD400（A）礦井全方位探測儀進行超前預探，該儀器是運用最新礦井地質勘探技術和理論，為在井下含有爆炸性危險物等特定環境下探測地質體異常而設計的多功能礦井物探綜合勘探系統。本次探測設計步長為4m，由于巷道情況限制，探測深度為36m。得到超前物探電阻率剖面如圖4。

圖3 高密度電法勘探2號線電阻率剖面圖

圖4 超前物探電阻率剖面圖

3.2.3 對比分析

剖面起伏點采用高精度eTrex手持GPS衛星定位儀導航定點，保證測點能夠相互對應。

（1）圖2中③號低阻異常視電阻率小于100·m，并且等值線呈低阻圈閉異常，推測為地下水巖溶管道異常；通過超前物探得出與圖4中的1號低阻異常完全吻合。圖4中顯示在迎頭0～4m范圍內，異常范圍較小，強度較強，初步推斷此異常相對賦水性較強。

（2）圖2中②號高阻異常視電阻率大于2000·m，并且等值線呈高阻圈閉異常，推測為地下水巖溶空洞異常；通過超前物探得出與圖5中的3號高阻異常完全吻合。圖4中顯示在迎頭23～30m范圍內，異常范圍較小，強度較弱，初步推斷此異常為巖性變化所致。

（3）圖4中2號低阻異常視電阻率在80～99·m，異常范圍較大，強度較弱，推測此異常為相對賦水性較弱巖體，對應于圖3中的④號與⑤號高阻異常中間范圍，該異常可能是由于上層滲水導致巖性變化。

（4）圖2中①號高阻異常視電阻率大于2000·m，異常范圍較大，強度較強，與圖3中⑤號高阻異常對應分析為前期開采過程中留下的采空區。

4 結語

總而言之，高密度電法跟超前物探法相比各有各的優點，但無論哪一種勘察方式都具有一定的局限性，在進行地質勘察時，要善于將多種勘察方法和技術有效的結合在一起，結合工程地質的實際水文情況，反復演算，以保證勘探結果的正確性。

[1]齊雷，陳文強.高密度電法在隧道勘察中的應用與思考[J].中國水運月刊，2013，13（1Z）：215～216.

[2]楊彥龍.物探方法在工程地質勘察中的應用與發展[J].地球，2014（2）.

[3]李桂龍.高密度電法在巖溶地質勘察中的應用[J].中國西部科技，2011，10（15）：17.

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1004-7344（2016）07-0184-02

2016-2-25