高密度電阻率法在工程勘察中的應用

時貴平

（甘肅省地礦局第二勘查院，甘肅 蘭州 730020）

高密度電阻率法測量成果既能反映地下某一深度沿水平方向地質(zhì)體的電性變化，同時又能提供地層巖性沿縱向的電性變化情況，具備電剖面法和電測深法兩種方法的綜合探測能力。基于以上優(yōu)點，該方法廣泛的應用于工程地質(zhì)勘察、物探找水、考古、采空區(qū)評價、巖溶調(diào)查、滑坡等災害調(diào)查方面。

1 高密度電法的基本原理

高密度電阻率法是日本地質(zhì)計測株式會社在20世紀80年代中期首次提出,并應用手動轉(zhuǎn)換實現(xiàn)了野外數(shù)據(jù)采集。20世紀80年代末，我國對該方法技術(shù)和儀器設備進行了開發(fā)研究。進入90年代，我國成功研制高密度電阻率測量系統(tǒng),并應用于工程勘察之中。高密度電法為直流電法，是以探測地質(zhì)體與圍巖的電性差異為基礎，達到精細化勘察的目的。高密度電法集中了常規(guī)電阻率剖面法和測深法兩者的優(yōu)點，不僅可以觀測目標體橫向電性變化特征，同時還可以觀測一定深度內(nèi)電性的垂向變化規(guī)律。其采集點密，測點間距可以根據(jù)勘察的目標體不同而進行靈活設計，從而彌補了常規(guī)電法數(shù)據(jù)量少、效率低的缺點，增強了解決問題的能力。高密度電法數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由主機、多路電極轉(zhuǎn)換器、電極系三部分組成。其野外可選工作裝置類型較多。筆者結(jié)合大量的勘察實例,認為溫納裝置為首選的裝置類型。在高密度電法勘探中，為了達到精細勘察的目的，均應進行二維電阻率反演。在進行反演前首先保證數(shù)據(jù)質(zhì)量，對高密度原始數(shù)據(jù)應進行必要的數(shù)據(jù)復核，對不復核要求的壞點進行剔除，反演參數(shù)設置，根據(jù)剖面數(shù)據(jù)質(zhì)量選擇不同的迭代次數(shù)，筆者結(jié)合多次勘察案例認為高質(zhì)量數(shù)據(jù)適當較少迭代次數(shù)，反演效果較佳。

2 工程實例

（1）地質(zhì)和地球物理條件。某工程場地地形開闊平坦，原為農(nóng)田，地勢自北向南緩傾，地面高差小，場地內(nèi)民居密集，南北向地表起伏較大，分布有眾多的不良地質(zhì)體，后經(jīng)塌落或水田改造平整土地時填埋以及灌溉澆水陷落，在地表形成地裂縫和小范圍塌陷，因其特殊的環(huán)境和成因，呈現(xiàn)出拉亂分布、形態(tài)各異、深淺差異大的特點，總結(jié)規(guī)律，認為暗埋不良地質(zhì)體主要有以下幾種類型。第一種為古采坑填埋型，主要分布于表層覆土厚1m～3m的北部區(qū)域，以明坑形式采砂，深度3m～5m不等，直徑可達3m～20m，個別長度大于百米，后在平田整地時以耕植土回填形成不密實區(qū)。第二種為砂巷塌落填埋，多分布于表層覆土厚3m～6m的中部區(qū)域，以深巷形式采砂，巷道頂板塌落后回填礫石質(zhì)填土，多形成地裂縫。根據(jù)以往勘察經(jīng)驗，地表耕植土和黃土狀粉土因降雨保墑和灌溉等因素，視電阻率總體表現(xiàn)為低阻特征；砂礫層應視含水性和黏土含量不同而視電阻率值有所差異，應結(jié)合潛水面高低等影響因素具體分析；不含水砂礫、卵石層和角礫層均為高視電阻率特征。結(jié)合區(qū)域工作經(jīng)驗及走訪調(diào)查，勘察區(qū)內(nèi)主要有回填不密實型不良地質(zhì)體、塌陷型不良地質(zhì)體和淺層空洞型不良地質(zhì)體。

（2）不良地質(zhì)體勘察中的應用效果。利用高密度電法進行地質(zhì)體勘察，首先應保證高密度電法勘探深度滿足要求；其次應結(jié)合實際進行裝置試驗，選擇最佳能夠反映目標的裝置類型形式。作者經(jīng)過試驗認為，溫納裝置較其它裝置穩(wěn)定。測線長度結(jié)合探測地質(zhì)體的深度和規(guī)模確定，考慮到勘察目的的精細性要求，本次確定電極距為2m，采用溫納裝置進行。一號場地原為采砂坑，后經(jīng)人工填埋，表層砂坑特征不明顯，但后期出現(xiàn)了明顯的地裂縫。剖面長100m，垂直地裂縫布置。

圖1 一號試驗區(qū)高密度測深斷面圖

剖面在橫向和縱向的電性特征明顯，30m～65m為地表耕植土的低阻特征，視電阻率值約40Ω·m；63m～95m為后期回填區(qū)，存在兩處回填疏松區(qū)，分別為69m～73m，深度約3m，77m～80m深度約7m。后經(jīng)鉆孔驗證,證實了物探的上述推斷，回填不密實主要是因卵石和少量建筑垃圾（磚塊）造成。

二號場地原為采砂坑，后期平田整地時以旱田表層砂礫耕植土回填形成礫石質(zhì)填土由于回填不密實，造成地表塌陷沉降。布置三條剖面近米字型進行探測。

圖2 二號試驗區(qū)高密度測深斷面圖

三條剖面顯示回填界面清晰，塌陷區(qū)中心為低視電阻率特征，視電阻率值約60Ω·m；塌陷影響深度大于15m。后經(jīng)鉆孔驗證,在2#剖面84m處，存在深度17m的回填不密區(qū)，塌陷后在雨水和灌溉水影響下砂礫層較為潮濕，整體表現(xiàn)為低阻特征。三號場地原為農(nóng)民耕地，地表下淺層有一采砂巷道，經(jīng)年久巷道頂板塌落，現(xiàn)出露地面，洞口直經(jīng)約1m。

以洞口為中心布置四條井字形剖面進行探測。1#和2#剖面呈近南北向，剖面間距5m；3#和4#剖面呈近東西向，剖面間距5m。結(jié)合剖面成果，推測該采砂巷道呈南北向貫通，巷道寬約3m。后經(jīng)踏勘檢查,在南北向存在長約25m的塌陷區(qū)，地裂縫沿南北向常見，影響寬度最寬處約3.3m。

圖3 三號試驗區(qū)高密度斷面圖

通過以上實例認為利用高密度電法進行回填不密實區(qū)劃分、塌陷范圍圈定和追索淺部采砂巷道走向是行之有效的，比常規(guī)電法表現(xiàn)得明顯、詳細。

3 結(jié)論

①通過以上不良地質(zhì)體的勘察實例，高密度電法測量與實際驗證的對應情況，認為高密度電法探測所取得的成果，能較詳細準確的反映出目標體的展布形態(tài)，具有較好的勘探效果。②電法勘探是一種體積勘探方法，所測得異常范圍和形態(tài)要認真分析和踏勘，推斷解釋結(jié)果才更逼近真實。③高密度電法的成果解釋,應該結(jié)合地質(zhì)資料、驗證成果和物性基礎進行，特別是通過鉆探驗證資料的對比分析,總結(jié)規(guī)律，進行二次精細解釋尤其重要。