工程勘察中高密度電法勘探的運用探析

王德剛

（上海市政工程設(shè)計研究總院（集團）有限公司，上海200092）

1 工程概況

擬建呈七公路地處昆明市呈貢縣洛羊鎮(zhèn)，起于新加坡產(chǎn)業(yè)園區(qū)，止于七甸鄉(xiāng)呈貢綠色產(chǎn)業(yè)基地內(nèi)主干道安石公路交叉口處，全長8.6km，是呈貢綠色產(chǎn)業(yè)園區(qū)與呈貢新城其他片區(qū)通行的必經(jīng)之路。該工程探測場地現(xiàn)狀地形地貌較為復(fù)雜、地形變化較大，對擬建橋梁工程施工作業(yè)可能產(chǎn)生一定的不利影響。而采用高密度電法勘探技術(shù)，可比較精確地查明地質(zhì)情況，為施工提供有效的信息支持。

2 高密度電法探勘技術(shù)概述

2.1 技術(shù)運用原理

技術(shù)運用原理與常規(guī)電阻率法基本等同，主要區(qū)別點在于，在運用高密度電法時，需要設(shè)置適當(dāng)?shù)母呙芏扔^測點。在高密度電法運用過程中，基于勘察區(qū)域巖、土的導(dǎo)電性，構(gòu)建相對穩(wěn)定的電流場，在電流場作用下（持續(xù)向地下介質(zhì)加載電流），分析電流在地層中傳導(dǎo)的規(guī)律與所產(chǎn)生動態(tài)變化情況，隨后勘察人員可借助所配置的程控電機轉(zhuǎn)換設(shè)備等開展高度自動化的數(shù)據(jù)快速采集作業(yè)，將所采集各項測量結(jié)果輸入微機，在短時間內(nèi)繪制出地電斷面分布圖，并在其基礎(chǔ)上快速評價地質(zhì)信息[1]。

2.2 高密度電法主要運用優(yōu)勢

以常規(guī)電阻率法為技術(shù)參照，高密度電法的具體運用優(yōu)勢如下：

1）電極布設(shè)簡單。相較于常規(guī)電阻率法而言，在運用高密度電法時，僅需要開展單次電極布設(shè)作業(yè)即可，不但大幅提高了工程勘察效率，還在一定程度上減少了各類電極布設(shè)問題的出現(xiàn)。

2）自動化程度高。高密度電法具有自動化程度高的運用優(yōu)勢，不但可以替代人工開展半自動化（或自動化）野外數(shù)據(jù)采集作業(yè)，還可大幅提高數(shù)據(jù)采集效率（單個野外測點數(shù)據(jù)采集作業(yè)時長普遍在2～5s 內(nèi)）。

3）信息預(yù)處理。通過采用高密度電法，可以在相關(guān)信息基礎(chǔ)上開展預(yù)處理作業(yè)，直觀顯示剖面曲線形態(tài)。例如，在本工程中，基于視電阻率圖像和地質(zhì)調(diào)查結(jié)果，顯示出K3+746～K3+926 段南側(cè)探測場地的對應(yīng)地質(zhì)剖面曲線形態(tài)圖，從而快速判定出4 處溶蝕區(qū)：K3+750～K3+785 段，深約3～10m 處的低阻區(qū)推測為巖溶發(fā)育區(qū)，巖溶厚度約1～4m；K3+814～K3+840 段，深約4m 處的高阻區(qū)推測為巖溶區(qū), 該處溶洞洞口可見；K3+822～K3+833 段，經(jīng)探查，深約2.5m 處有一處洞口可見巖溶區(qū)；K3+906.25～K3+920 段，埋深3m 處的低阻區(qū)推測為基巖破碎，溶蝕裂隙發(fā)育。

3 工程勘察領(lǐng)域中高密度電法的主要運用方法

3.1 自動化數(shù)據(jù)采集及分析

相比于常規(guī)電阻率法而言，高密度電法的核心運用優(yōu)勢在于，可開展高度自動化的野外數(shù)據(jù)采集與分析功能，且所采集相關(guān)數(shù)據(jù)信息量越大，工程勘察結(jié)果的精度以及準(zhǔn)確性越高。

3.2 現(xiàn)場勘察

從勘探工作原理層面來講，高密度電法與普通電阻率法基本相同，憑借高密度電法勘探技術(shù)的自動化野外數(shù)據(jù)采集運用優(yōu)勢，有效減少了工程勘察實際作業(yè)量[2]。例如，在本工程中，通過高密度電法的運用，在XZK102、XZK108、XZK110、XZK114 鉆孔中勘察到存在分布溶洞（隙）的問題。此外，當(dāng)揭露至灰?guī)r后，部分鉆孔未返水，且少量巖芯表面多見有“蟲孔狀”的溶蝕孔隙，說明該區(qū)域巖溶作用較發(fā)育。針對勘察發(fā)現(xiàn)的問題，可提前采取合理可行的處理措施。

4 工程勘察領(lǐng)域中高密度電法的主要運用方向

4.1 庫區(qū)勘察

在運用高密度電法開展工程勘察作業(yè)時，可以在短時間內(nèi)多層次、多角度探測到隱伏地質(zhì)結(jié)構(gòu)，為后續(xù)鉆探施工作業(yè)的開展提供有效信息支持。因此，高密度電法主要應(yīng)用于工程庫區(qū)勘察中，用以探明所分布的隱伏地質(zhì)結(jié)構(gòu)。應(yīng)用時需要注重合理布設(shè)各項測線、做好庫區(qū)斷層剖面控制措施，從而能快速、精確地勘察庫區(qū)所分布的溶洞、隱伏地層結(jié)構(gòu)等各類地質(zhì)問題。例如，庫區(qū)勘察時應(yīng)在庫區(qū)壩軸線沿線布設(shè)適當(dāng)數(shù)量的測線（各條測線保持平行），而在庫區(qū)斷層區(qū)域中設(shè)置適當(dāng)?shù)淖粉櫠唐拭嬉约翱刂破拭妗?/p>

4.2 巖溶區(qū)勘察

運用高密度電法，人工構(gòu)建穩(wěn)定的電流場，向巖溶區(qū)地下介質(zhì)加載電流，并根據(jù)電流分布規(guī)律來快速判定巖溶區(qū)的具體構(gòu)造。在對灰?guī)r層開展高密度電法勘探作業(yè)時，若電路分布規(guī)律出現(xiàn)較為明顯的低阻或高阻現(xiàn)象時，則有較大可能表明分布有巖溶區(qū)。例如，在本工程中，通過高密度電法的應(yīng)用，將K3+814～K3+840 段深約4m 的高阻區(qū)推測為巖溶區(qū)；將K3+750～K3+785 段深約3～10m 的低阻區(qū)推測為巖溶發(fā)育區(qū)，巖溶厚度約1～4m。

4.3 滑坡勘察

通過對高密度電法勘探技術(shù)的合理運用（在部分工程中，需要將該技術(shù)與鉆孔勘探技術(shù)進行組合應(yīng)用），可以快速、精確勘探出不同滑坡體、巖體之間的主要滑動面形態(tài)以及埋藏深度數(shù)值。實現(xiàn)對滑坡體各項性質(zhì)的掌握（如滑體性質(zhì)、厚度與滑動面構(gòu)造等）。例如，在我國褚家營滑坡災(zāi)害防治工程中，通過對高密度電法勘探技術(shù)的合理運用，精確查明滑體各項性質(zhì)，為后續(xù)施工作業(yè)的開展提供有力信息支持[3]。

4.4 斷層勘察

勘察人員在垂直斷層區(qū)域中設(shè)置適當(dāng)高密度電法剖面，并保持不同剖面之間的平行。基于各處電阻剖面反演色譜圖開展對照分析，根據(jù)不同反演圖之間的色譜特征差異性，判斷是否存在斷層，以及所存在斷層走向、延伸范圍與具體構(gòu)造，最后在斷層勘察作業(yè)結(jié)果的基礎(chǔ)上有針對性地開展項目設(shè)計工作[4]。

5 結(jié)語

相較于普通電阻率法而言，高密度電法具有勘探效率高、經(jīng)濟成本低、自動化程度高等運用優(yōu)勢，且隨著地球物理反演技術(shù)總體體系等的不斷優(yōu)化完善，高密度電法的電阻率成像技術(shù)逐漸發(fā)展至三維階段，進一步加大了勘探解釋精度與技術(shù)運用價值。因此，需要適當(dāng)提高高密度電法勘探技術(shù)在工程勘察領(lǐng)域中的運用力度，深入挖掘技術(shù)潛在價值，為工程提供有力信息支持。