地質災害檢測中直流高密度電法的應用研究

趙顯志，王騰飛，朱永磊

（中化地質礦山總局河南地質局，河南 鄭州 450011）

1 研究區地球物理特征分析

本研究場地位于中部某省份，地貌單元屬沖洪積平原，地形呈北高南低。本工作區主要以粉土為主，巖性變化較小，其地球物理特征表現為：自身電阻率變化也很小，受其含水率的變化，電阻率出現差異，也是本次開展直流高密度電法的前提，通過本次測量發現，該地區粉土層視電阻率一般是40Ω.m～120Ω.m，隨著含水率的增加視電阻率逐漸降低，視電阻率往往小于40Ω.m。

2 地球物理工作方法

2.1 測線布設

根據工作區具體特征，在a#樓體的南北兩側和東側布設了3條2D直流高密度電法剖面，在a#樓的東側和南側圍繞樓體外圍布設了兩條矩形3D測線、一條╝型天然電場測線和4條中間梯度法測線，測線分布圖見圖1。

圖1 直流高密度電法工作示意圖

2.2 野外工作方法

直流高密度電法采用多芯電纜和多道電極人工建立地下穩定直流電場，通過程控式多路電極轉換器，選擇不同的電極組合方式和不同的極距間隔，實現供電和測量電極的自動轉換、自動供電、自動觀測和自動記錄、自動計算和自動存儲，獲取地下介質的視電阻率分布規律，進而推斷地下的地質結構和構造解決水文與工程地質問題。

直流高密度電法綜合了剖面(水平)、測深(垂直)兩方面的信息，測點密、信息量大，提高了電性的分辨能力，又減少了人為影響因素，提高了工作效率。帶地形的電阻率層析成像技術，使得視電阻率剖面直觀地反映地下介質的電性變化。為地質推斷解釋帶來了極大的方便。150道的高密度電法，橫向的分辨率高，多種裝置可供選擇以適應解決不同的地質問題。高密度對淺層良好的適應性，可用于探測基巖面起伏、土層中的“擾動”低阻區。該方法的原理是利用隨供電電極距AB的逐漸增大和測量電極MN的移動，來達到測深和測剖面的綜合效果。高密度電法集合了電阻率剖面和電阻率測深的綜合優點，采用高密度布置電極的方式采集數據，達到高精度解決地質問題的目的。由儀器的先進設計及資料處理能力及高密度電法儀，能快速而準確地獲得豐富的地電信息。

本次工作使用以GD-10多功能數字直流激電儀為測控主機。按照不同的實際情況，沿房屋外圍布線點距2m。由于每條剖面長度不近相同，即電極個數150根，選擇隔離系數根據要求測量深部不同而定。供電時間T=2mS，接地電阻小于1000Ω·m。供電電源使用450伏電池箱組并聯，供電電流穩定。

使用上述儀器及設備對工區進行了測量，為了保證觀測質量，對測量中出現的個別畸變點和異常點進行了重復觀測。為保證測量精度，采取的具體措施如下：開工前，必須對用于生產的儀器的技術指標進行測試，只有技術指標完全符合規范要求的儀器方可用于野外生產。盡量提高供電電源電壓，采用三箱蓄電池組箱串聯供電，供電電壓450v。為防止漏電，采用絕緣性能好的專用電纜為AB供電電線。觀測之前，首先通過儀器檢查各電極的接地情況，當發現接地電阻大于1000Ω者，改善接地條件，打深、澆水或適當移位，保證所有電極接地條件良好方可開始進行測量，以保證較大的供電電流和取得信號的質量。

2.3 野外工作質量評價

經過對本次直流高密度視電阻率測深1條剖面系統質量檢查，質量檢查采用重新布線布極的方式，質量檢查剖面長度占總剖面長度的11.1%。經過統計計算，均方相對誤差M=±3.13%，小于4%規范要求，說明質量可靠。

3 推斷解釋

3.1 資料整理

物探工作每天將野外采集數據通過通訊線傳輸至計算機，通過格式轉換、數據整理等步驟，提交正確無誤的數據，使用專業繪圖軟件Surfer8.0繪出ρs等值線斷面圖，以此圖為依據進行解釋推斷。

當天的數據當天處理，處理采用深圳地脈科技有限公司隨儀器配套研發的電法數據處理與轉換程序，轉入2D、3D電法解釋軟件對資料進行整理，地形校正、擬合解釋，得到各測深點的深度。解釋軟件利用瑞士《2DVES二維高密度電法反演軟件》進行數據處理，程序處理后的資料采用surfer8軟件繪制比例尺1：2000解譯視電阻率斷面等值線圖，然后轉換成CAD2004版.dwg繪圖格式。根據二維自動解釋結果，推斷出各剖面地電分布規律。

3.2 推斷解釋

3.2.1 自然電場推斷解釋

本次圍繞a#樓東南角布設╝型自然電場測量剖面，測線X20Y8的位置位于樓體東南角的東南方向，距離樓東南角偏東1.5m偏南5.6m，并作出自然電位分布圖，從圖中可以來看，該區域樓梯東側存在大量的正電位場，樓梯南側主要以負電位場形式存現，電位變化范圍-315mV～82mV。說明該區域地表水水流方向為南北向。

3.2.2 2D直流高密度電法推斷解釋

（1）1剖面直流高密度電法推斷解釋：1剖面位于a#樓北側，與樓體北墻近似平行布設，測線距墻邊為9m，測線長度130m，點距2m，隨著深度的增加視電阻率整體呈現低高低的電性特征，淺部的低電阻率現象，主要為回填土反應；中部的電阻率現象主要為粉土層反應，由于含水率較小，呈現高阻現象；下部的低電阻率現場主要是隨著深度的增加含水率逐漸增大，視電阻率呈現的低阻現象。在48m～84m段地下3m至15m的深處出現一個高阻缺失，說明該處含水率相對較高或粉土層缺失。

場頭廢地立地條件比較差，土壤肥力貧瘠，如果采取常規扦插方法，出苗率低，效益差，很難達到90%以上的出苗率，所以要因地制宜，從整地改土，扦插苗處理，肥水保持，修剪管理，病蟲害防治上，采取一系列切實有效的措施，才能確保大葉女貞扦插育苗的成功。

（2）2剖面直流高密度電法推斷解釋：2剖面位于a#樓東側，距離東墻5.5m，南北向布設，測線長度120m，點距2m，隨著深度的增加視電阻率整體呈現低高低的電性特征，視電阻率分布特征與1線相類似，在50m～72m段地下3m至15m的深處出現一個高阻缺失，說明該處含水率相對較高或粉土層缺失。

（3）3剖面直流高密度電法推斷解釋：3剖面位于a#樓南側，距離樓南墻9.5m，東西向布設，測線長度120m，點距2m，隨著深度的增加視電阻率整體呈現低高低的電性特征，視電阻率分布特征與1線相類似，在30m～68m段地下5m至20m的深處出現一個矩型高阻缺失，說明該處含水率相對較高或粉土層缺失。

3.2.3 中梯掃面推斷解釋

（1）1區中梯掃面推斷解釋：1區位于a#樓南側東西布設，網度20×5，點距2m，樓體南墻距最近測線5.5m，樓體東南角位于測線的X19的位置，從電性分布圖中可以看出，隨著AB距的增加，在X8～18段高電阻率出現缺失，說明該段含水率較高或是粉土層缺失。

（2）2區中梯掃面推斷解釋：2區在a#樓南側東西布設，網度10×10，點距2m，樓體東南角距最近電極1.5m，電性分布圖中可以看出，隨著AB距的增加，在Y-5～5段高電阻率出現缺失，說明該段含水率相對較高或是粉土層缺失。

3.2.4 3D直流高密度電法推斷解釋

（1）1區3D直流高密度電法推斷解釋：1區3D在a#樓南側，測線與1區的中梯掃面測線向重合，電性分布見圖2，從圖中可以看出，4m～12m位于呈現低阻凹陷，說明該段地層含水率較高，該地電斷面與2D的3剖面測量結果相對應。

圖2 1剖面視電阻率3D綜合擬斷面圖

（2）2區3D直流高密度電法推斷解釋：2區3D在a#樓東側，測線與2區的中梯掃面測線向重合，并作出電性分布圖3，從圖中可以看出，X0、Y4m～14m呈現高阻狀態，說明該段地層較為穩定含水率較低；X4～12、Y0～18呈現低阻凹陷，說明該段地層含水率較高,該地電斷面與2D的2剖面測量結果相對應。

圖3 2剖面視電阻率3D綜合擬斷面圖

4 結論與建議

直流電法存在體積效應、邊界效應、縱深比等因素，物探異常的發現除與技術手段、儀器精度有關外，與地質背景、地形條件、目標體的規模、埋深、物性差異及測網密度均有直接的關系。盡管在資料整理的時間充分進行了地改、反演、計算等來消除地形影響，但是測量精度還是受到一定影響。物探只是一種間接手段，成果具有一定的不確定性和多解性，所以不得將未經驗證的物探結果作為唯一依據使用于設計、施工。

根據測量結果，可大致將工作區分為三個電性特征:

（1）埋深0m至5m段主要表現為中低電阻率，視電阻率在40Ω·m左右，主要為素填土或者粉土含水率較弱的反應。

（2）埋深5m~20m段主要表現為中高電阻率，視電阻率在大于40Ω·m，主要為粉土含水率較差的反應，部分段視電阻率低于40Ω·m，說明該段含水率較高。

（3）埋深20m以下，視電阻率小于40Ω·m，說明該深度含水率較高。

綜合來看，本次測量取得了較好的效果，劃分出了埋深5m至20m段的含水率較高的位置，發現在a#樓的東段的下部，埋深在3m至5m的下方，出現30m至36m的高阻缺失的異常。建議在a#樓南側東段進行工程驗證，通過工程驗證，確定異常存在的原因，再由設計部門根據實際情況進行合理調整。