高密度電法在城市工程地質勘察中的應用

呂 瑞

（山西華冶勘測工程技術有限公司，山西 太原 030000）

城市工程地質勘察是城市規劃、建設和管理的關鍵環節之一，對于保障城市安全和可持續發展具有重要意義。高密度電法作為一種先進的地球物理勘探方法，具有高效率、高精度和高分辨率等特點，因此在城市工程地質勘察中得到了廣泛應用。本文將重點探討高密度電法在城市工程地質勘察中的應用，以期為相關領域的研究和實踐提供參考和借鑒。

1 高密度電法原理與技術特點

1.1 高密度電法的基本原理

高密度電法是一種常用的地球物理勘探方法，其基本原理是利用不同巖土體之間的電性差異，通過測量電位差來確定巖土體的分布情況和地質構造。在實際應用中，高密度電法通過布置多組電極，形成多個不同極距的供電電極和測量電極，從而獲取多個電阻率數據。通過對這些數據的分析處理，可以獲得地下巖土體的電阻率分布情況，進而推斷出巖土體的性質、埋深和分布范圍等信息[1]。

1.2 高密度電法在城市工程地質勘察中的技術特點

高密度電法在城市工程地質勘察中具有以下技術特點：

1.高效率：高密度電法采用多電極同時布置的方式進行數據采集，能夠快速、高效地獲取大量數據，大大縮短了測量時間和工作量。這一特點使得高密度電法在城市工程地質勘察中具有顯著的優勢，能夠提高工作效率，減少人力物力的投入。

2.高精度：高密度電法采用自動化數據采集技術，減少了人為干擾因素，提高了數據精度。這種自動化數據采集方式能夠降低誤差，提高數據的準確性，為后續的地質解釋提供可靠的基礎。

3.高分辨率：高密度電法可以獲取較密集的電阻率數據，能夠更準確地反映地下巖土體的細微變化，為地質解釋提供更豐富的信息。高密度電法能夠獲取大量的電阻率數據，從而更好地揭示地下巖土體的細節特征，為城市工程地質勘察提供更準確的地質信息。

4.適用范圍廣：高密度電法適用于各種地形和地質條件，特別適用于城市工程地質勘察中復雜地形和構筑物附近的地質勘探。無論是在平原、山區，還是城市復雜地形條件下，高密度電法都能夠提供準確的地質信息，為城市工程建設提供可靠的依據。

5.無損檢測：高密度電法采用非接觸式測量方式，對地表無損毀，特別適用于城市工程地質勘察中對構筑物的無損檢測。這種非接觸式測量方式能夠避免對地表造成破壞，保護構筑物的完整性，同時也為后續的城市工程建設提供了安全可靠的基礎。

2 高密度電法在城市工程地質勘察中的應用分析

高密度電法在城市工程地質勘察中發揮著重要的作用，廣泛應用于地質災害預測與評估、地下水資源調查與管理、土地污染調查與修復等多個方面。下面分別就這三個方面的應用進行分析。

2.1 高密度電法在地質災害預測與評估中的應用

城市工程地質勘察中，地質災害的預測與評估是至關重要的環節。高密度電法能夠快速、準確地獲取地下巖土體的電阻率信息，通過對電阻率數據的分析處理，可以識別出巖土體中的不均勻體和軟弱結構面等不良地質體，為地質災害的預測和評估提供可靠的依據。在地質災害預測方面，高密度電法可以通過對地電阻率的測量和分析，探測出地下的隱伏斷層、溶洞、地下暗河等不良地質體。這些地質體可能對工程建設和運營安全造成潛在威脅，因此及時的探測和預警有助于防止事故的發生。例如，在某城市地鐵建設中，通過高密度電法勘測發現某一地段存在一條規模較大的隱伏斷層，并有可能發生巖溶塌陷等地質災害。針對這一情況，設計部門及時調整了施工方案，避免了潛在的安全隱患。在地質災害評估方面，高密度電法可以通過對地電阻率的成像技術，揭示出地質體的空間分布特征和形態。通過對電阻率數據的分析和解釋，可以評估地質體的穩定性、危險程度和可能引發的地質災害類型。例如，在某山區公路建設中，通過高密度電法勘測發現某一地段存在較高的滑坡風險。通過對該地段的地電阻率數據進行成像分析，確定了滑坡的范圍和可能發生的滑移方向。根據評估結果，設計部門及時采取了相應的防護措施，保障了公路建設的安全進行[2]。

2.2 高密度電法在地下水資源調查與管理中的應用

地下水資源是城市可持續發展的重要保障之一。高密度電法能夠通過對含水層電阻率的測量和分析，判斷出地下水資源的分布、埋藏深度和富水性等信息。此外，高密度電法還可以應用于地下水污染狀況的調查中，通過電阻率成像技術揭示地下水污染物的分布和擴散范圍。在地下水資源調查方面，高密度電法可以通過對地電阻率的測量和分析，確定地下水的埋藏深度和富水區域。這種方法適用于多種地形和地質條件，具有快速、高效的特點。例如，在某干旱地區水資源調查中，通過高密度電法勘測發現了多個具有開采價值的地下水水源地。這些水源地的位置和水量等信息為該地區的水資源開發利用提供了科學依據。在水資源管理方面，高密度電法可以應用于地下水污染狀況的監測和預警中。通過定期對地下水進行電阻率測量，可以實時監控水中污染物的種類和濃度。當發現異常情況時，及時采取應對措施以防止污染的擴散和惡化。例如，在某工業園區水資源管理中，采用高密度電法對地下水進行實時監測。當監測數據顯示水中污染物濃度超標時，及時采取了相應的凈化處理措施，保障了園區內用水安全[3]。

2.3 高密度電法在土地污染調查與修復中的應用

隨著城市化進程的加速，土地污染問題日益嚴重。高密度電法在土地污染調查與修復中具有廣泛的應用前景。通過高密度電法測量不同土地利用類型（如建設用地、農用地等）的電阻率值，可以揭示土地污染物的分布狀況和污染程度。同時，高密度電法還可以用于土地修復工程的監測與評估，為土地污染治理提供科學依據。在土地污染調查方面，高密度電法可以通過對地電阻率的測量和分析，判斷出土地的污染程度和污染物種類。這種方法適用于對工業廢棄地、采礦區等區域的土地污染調查。例如，在某鋼鐵廠搬遷后的廢棄地調查中，通過高密度電法勘測發現該區域土壤中重金屬含量超標，存在嚴重的環境污染問題。這些信息為該區域的土地治理和生態恢復提供了科學依據。在土地修復工程方面，高密度電法可以用于監測土地修復的效果和評估治理措施的可行性。通過對比修復前后的地電阻率數據，可以定量評估土壤中污染物的去除效果以及生態恢復的程度。例如，在某農藥廠污染土地的修復工程中，采用高密度電法對修復前后的土壤進行測量和分析。根據數據分析結果，及時調整了修復方案和技術參數以優化治理效果。經過修復工程實施后，該區域土壤中的重金屬等有害物質含量明顯降低，為土地資源的可持續利用提供了有力保障[4]。

3 高密度電法在城市工程地質勘察中的優勢與局限性

高密度電法在城市工程地質勘察中具有廣泛的應用前景，能夠快速、準確地獲取地下巖土體的電阻率信息，為地質災害預測與評估、地下水資源調查與管理、土地污染調查與修復等提供科學依據。然而，作為一種地球物理勘探方法，高密度電法也存在一定的優勢和局限性。

3.1 高密度電法在勘察過程中的優勢

1.高效率：高密度電法采用多電極同時布置的方式，能夠快速、高效地獲取大量數據，縮短了測量時間和工作量。同時，數據采集過程中自動化程度較高，減少了人為干擾因素，提高了數據精度。

2.高分辨率：高密度電法可以獲取較密集的電阻率數據，能夠更準確地反映地下巖土體的細微變化，為地質解釋提供更豐富的信息。此外，通過電阻率成像技術，可以實現地下巖土體的三維可視化，提高了地質解釋的精度和直觀性。

3.適用范圍廣：高密度電法適用于各種地形和地質條件，特別適用于城市工程地質勘察中復雜地形和構筑物附近的地質勘探。同時，對于不同巖土體類型和不同工程問題，可以通過調整電極間距、極距大小和測量方式等參數，實現定制化的勘察方案。

4.無損檢測：高密度電法采用非接觸式測量方式，對地表無損毀，特別適用于城市工程地質勘察中對構筑物的無損檢測。相比傳統的鉆探方法，高密度電法具有更高的安全性和可靠性。

3.2 高密度電法在勘察過程中的局限性

1.對地形條件要求較高：高密度電法對于地形條件要求較高，對于復雜地形和建筑物下方的地質勘探存在一定的限制。在城市工程地質勘察中，由于建筑物密集、地下管線等因素的影響，高密度電法的應用可能會受到一定限制。

2.對數據處理要求較高：高密度電法獲取的數據量較大，對數據處理要求較高。需要借助計算機技術和專門的軟件進行數據處理和分析，對于數據處理人員的專業素質和技術水平要求較高。同時，在數據處理過程中需要進行數據篩選和校正等處理環節，增加了數據處理的工作量和復雜性。

3.對電極排列方式要求較高：高密度電法的電極排列方式對于勘察結果的質量和精度具有重要影響。在布置電極時需要遵循一定的排列規則和要求，否則會影響勘察結果的準確性和可靠性。同時，對于不同的工程問題和地形條件，需要選擇合適的電極排列方式以滿足特定的勘察需求。

4.受地下水條件影響：地下水條件對于高密度電法的應用效果具有一定影響。在含水層或地下水位較淺的區域，電阻率值會受到地下水的影響而發生變化，從而影響勘察結果的準確性。因此，在應用高密度電法進行城市工程地質勘察時需要考慮地下水條件的影響因素。

4 高密度電法在城市工程地質勘察中的應用策略與方法

高密度電法在城市工程地質勘察中具有廣泛的應用前景，但也存在一定的局限性。為了充分發揮高密度電法的優勢和潛力，提高勘察結果的準確性和可靠性，需要采取合理的策略與方法。以下是幾個方面的應用策略與方法。

4.1 合理的電極布置和參數選擇

電極布置和參數選擇是高密度電法應用中的關鍵環節，直接影響到勘察結果的準確性和可靠性。在電極布置方面，需要充分考慮地形條件、工程問題和勘察要求等因素，選擇合適的電極排列方式和布置方案。同時，需要遵循一定的電極布置規則和要求，如電極間距、極距大小等參數的選擇應合理、規范。在參數選擇方面，需要根據實際情況選擇合適的供電電壓、測量電流等參數，以保證數據的準確性和可靠性[5]。

4.2 數據采集與處理方法的改進與優化

數據采集與處理是高密度電法應用中的重要環節，需要采取合理的策略與方法進行改進和優化。首先，需要選擇合適的測量儀器和設備，并對其進行定期檢查和維護，以保證測量數據的準確性和穩定性。其次，在數據采集過程中，需要采取有效措施減少干擾因素和誤差，如選擇合適的測量位置、避開干擾源等。在數據處理方面，需要借助計算機技術和專門的軟件進行數據處理和分析，如數據篩選、校正、成像等處理環節。同時，需要針對不同的工程問題和地形條件，選擇合適的數據處理方法和算法，以提高數據的準確性和可靠性。

4.3 綜合使用其他地球物理方法進行驗證和補充

高密度電法作為一種地球物理勘探方法，也存在一定的局限性。為了提高勘察結果的準確性和可靠性，可以綜合使用其他地球物理方法進行驗證和補充。例如，可以結合使用地震勘探、地磁勘探等方法，以獲取更全面、豐富的地下巖土體信息。此外，還可以結合鉆探、原位測試等其他勘察方法，以相互印證和補充高密度電法獲取的數據信息。綜合使用多種方法可以更好地揭示地質體的空間分布特征和形態，提高解釋的精度和可靠性。

5 結語

高密度電法在城市工程地質勘察中具有廣泛的應用前景，可以為城市規劃、建設和管理工作提供重要的地球物理數據支持和科學依據。然而，高密度電法也存在一定的局限性，如對地形條件的要求較高、數據解釋的復雜性等。因此，在實際應用中需要結合具體情況，選擇合適的電極布置和參數，優化數據采集與處理方法，并綜合使用其他地球物理方法進行驗證和補充。未來，隨著高密度電法的不斷發展和技術進步，相信其在城市工程地質勘察中的應用將更加廣泛和深入。