付 杰

(貴州省六盤水市水利水電勘測(cè)研究院，貴州 六盤水553001)

1 高密度電法的原理

電探測(cè)法和電剖面法兩種方法合二為一，形成了高密度電法，從最基礎(chǔ)的方面來分析，它類似于傳統(tǒng)的電阻率法。不同的地方在于，有高密度觀測(cè)點(diǎn)被設(shè)置在觀測(cè)的部位，這種方法屬于陣列勘探，具體說來就是電極之間的自由組合導(dǎo)致了勘探可以有著覆蓋式的測(cè)量。在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地測(cè)量時(shí)，需要把全部的電極置于剖面測(cè)點(diǎn)上。程控電極的轉(zhuǎn)換開關(guān)和微機(jī)工程電測(cè)儀二者進(jìn)行共同作用，采集工作就可以進(jìn)行。采集的內(nèi)容主要是針對(duì)剖面的不同電極距和不同電極排列方式的數(shù)據(jù)［1］。

高密度電法和傳統(tǒng)常規(guī)的電阻率法相比，有以下3個(gè)優(yōu)點(diǎn):

1)工作效率高:由于電極的布置是一次性完成的，省去了很多工作流程，也很少引起故障和干擾，所以節(jié)省了很多時(shí)間。

2)測(cè)量面多樣化:測(cè)量的方式和電極的排列組合方式有關(guān)系，因?yàn)殡姌O數(shù)量多，所以排列的可能性很多，測(cè)量的方式千變?nèi)f化，可以從很多個(gè)角度來研究地電斷面的信息。

3)半自動(dòng)化和自動(dòng)化程度高:野外的采集已經(jīng)完成了半自動(dòng)化，避免了人工操作，節(jié)省了人力。

除此之外，地球物理反演方法在不斷地完善，高密度電法的電阻率成像水準(zhǔn)已經(jīng)有了很大提高，從曾經(jīng)的一維跨度到了三維，極精確地的完成了解釋精度的跨越。高密度電法已經(jīng)相對(duì)成熟，具有快速、經(jīng)濟(jì)、漸變、有效、應(yīng)用廣泛的優(yōu)點(diǎn)。它的應(yīng)用領(lǐng)域很廣，特別是水文和工程地質(zhì)的勘探領(lǐng)域［2］。

2 應(yīng)用實(shí)例分析

2.1 水庫大壩的滲漏探查

某水庫防滲墻在高密度電法測(cè)量下的反演色譜圖，如圖1 所示。采用物探高密度電法來進(jìn)行探測(cè)，需要說明的是，現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)的時(shí)候，水庫的水位是194 m，應(yīng)用目的是探測(cè)防滲墻是否完整。

圖1 某水庫大壩滲漏探測(cè)的高密度反演色譜圖

防滲墻是C10 混凝土，厚度為60 cm。由圖1 可見，在DS29 ～DS32 點(diǎn)的部分，高程大約為177 ～184 m，在富水區(qū)會(huì)出現(xiàn)低阻閉合圈的成像，分析電阻率的等值線可發(fā)現(xiàn)和這一現(xiàn)象完全吻合，由此可以推測(cè)出這里是富水區(qū);同時(shí)，其余194 m高程以下的地方，防滲墻并沒有表現(xiàn)出低阻的異常情況。

2.2 水庫大壩壩基巖溶探測(cè)

選取1個(gè)水庫主壩，采用高密度電法對(duì)巖溶進(jìn)行探測(cè)，可以得到圖2 所示的反演色譜圖進(jìn)行分析。

圖2 某水庫大壩巖溶探測(cè)高密度反演色譜圖

從圖2 看出，95 號(hào)以下和215 號(hào)以上的紫紅色砂頁巖就有著很強(qiáng)的透水性，下雨等自然影響會(huì)使得巖溶沖水成為低阻。探測(cè)區(qū)域的水文特征有著非常顯著的差異，因?yàn)榛規(guī)r地區(qū)環(huán)境干燥，填充物極少，就呈現(xiàn)高阻的狀態(tài)。

2.3 海堤砌石體深度探測(cè)

選取一個(gè)海堤砌石體，用高密度電法探測(cè)其深度，得到如下反演色譜圖，如圖3 所示。

圖3 某海堤漿砌石的深度探測(cè)高密度反演色譜圖

測(cè)區(qū)內(nèi)堤防工程大部分修建在拋石上方。迎水側(cè)是接近于直立的漿砌石擋墻，填土下方的主要成分是淤泥、淤泥夾薄層粉細(xì)砂和含泥中細(xì)砂層。反演成果圖曲線呈典型的電阻率由高到低的3 層水平狀分布，起伏不大，根據(jù)對(duì)工區(qū)內(nèi)拋石電阻率測(cè)試及相關(guān)地質(zhì)資料進(jìn)行分析，以電阻率30 ～40 n·m作為拋石與填土或劃分依據(jù)，電阻率＜10 n·m作為填土與淤泥、淤泥夾薄層粉細(xì)砂或含泥中細(xì)砂層等的劃分依據(jù)。由圖3 可見:砌石層厚度約為6.0 m，填土厚度約為2.0 ～4.0 m高程以下為淤泥、淤泥夾薄層粉細(xì)砂或含泥中細(xì)砂層。

2.4 滑坡體分界面應(yīng)用

選取一個(gè)水利樞紐，采取高密度電法探測(cè)庫區(qū)右岸的滑坡體，得到反演色譜圖，見圖4。

圖4 某水利樞紐庫區(qū)的右岸滑坡體反演色譜圖

色譜整體上層次不齊，沒有規(guī)律。整體上來看，低阻帶都分布在中上部，而且不是連續(xù)的，高阻凸起出現(xiàn)在了DS10 和DS34 測(cè)點(diǎn)，色譜圖的表層有稍高阻的反應(yīng)。低下埋的深度約為6 ～17 m，電阻率達(dá)到了120 Ω·m。對(duì)其進(jìn)行鉆孔以驗(yàn)證以上猜測(cè)，得出的結(jié)論是預(yù)測(cè)無誤，正是一個(gè)滑坡體，再一次地證明了高密度電法的實(shí)用性。

2.5 應(yīng)用于壩基滲透探測(cè)

某水電站大壩的壩基滲漏進(jìn)行高密度電法探測(cè)的反演色譜圖見圖5。

這個(gè)測(cè)線是壩體廊道內(nèi)部的鋪設(shè)。由圖5 可以看到典型的電阻率由高至低兩層的分布，高低阻的分界線有一定的起伏。分析了工區(qū)內(nèi)的相關(guān)地質(zhì)材料之后，發(fā)現(xiàn)高阻的第一層視電阻率＞200，有閉合圈的現(xiàn)象出現(xiàn)，判斷為澆筑混凝土的反應(yīng)。第二層的視電阻率＜第一層，判斷是大壩建基面以下那些巖體的反應(yīng)。在樁號(hào)15 ～50，樁號(hào)110 ～130，樁號(hào)160 ～195 的地方都會(huì)發(fā)現(xiàn)低阻異常的閉合或者半閉合圈。

圖5 某水電站壩基滲漏探測(cè)高密度電法的反演色譜圖

2.6 應(yīng)用于地層劃分

某城市供水線路的地層高密度電法探測(cè)的反演色譜圖，見圖6 所示。

圖6 某城市供水線路地層探測(cè)的高密度反演色譜圖

分析圖6 可知，表層等電阻率曲線呈現(xiàn)出多個(gè)閉合或者半閉合圈的狀態(tài)，視電阻率為200 ～400 Ω·m，這是回填砂性涂造成的。表層以下的樁號(hào)0 ～樁號(hào)35 有低阻倒U 閉合圈，這是由淤泥質(zhì)土造成的，剩下樁號(hào)段表層以下地層都表現(xiàn)為粉質(zhì)黏土。

除此之外，高密度電法的應(yīng)用領(lǐng)域仍然非常廣泛，比如高層建筑選址、高速公路高架橋、機(jī)場(chǎng)跑道的地基勘探中，都需要利用這種方法進(jìn)行探測(cè);在測(cè)定和評(píng)價(jià)電廠大壩的基巖面強(qiáng)度和起伏特性上，高密度電法也是實(shí)用的方式之一;有具體的實(shí)例表明高密度電法能夠準(zhǔn)確的對(duì)巖溶地區(qū)的水資源進(jìn)行定位;也有采用高密度電法與瞬態(tài)瑞雷面波法完成了國際機(jī)場(chǎng)擴(kuò)建工程中的巖土工程勘察問題的經(jīng)驗(yàn)以及用高密度電法來查明古河道、墓穴和洞穴的分布及埋深，利用土層的剪切波速劃分場(chǎng)地類別［3］。

3 分析反演圖的注意事項(xiàng)

能夠有效分析反演圖是合理應(yīng)用高密度電法測(cè)量的關(guān)鍵，得到合理而且較為完善的解釋。需注意的事項(xiàng)有:

1)高密度電阻率法，特別是采用剖面類觀測(cè)方式時(shí)，結(jié)合了電剖面法和電測(cè)深法的二者優(yōu)點(diǎn);其視電阻率等值線圖已與實(shí)際的地電剖面接近，通過分析各種研究資料可以知道，視電阻率等值線圖中各種變量都有著許多的信息量。

2)目前的技術(shù)并沒有達(dá)到完美，確保已經(jīng)采集的視電阻率剖面中的數(shù)百個(gè)點(diǎn)每個(gè)都是準(zhǔn)確無誤是不可能的，僅1個(gè)因素出現(xiàn)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，采集到的異常數(shù)據(jù)經(jīng)過反演后都很有可能帶來完全不同的結(jié)果。不僅如此，即便是資料沒有問題，以目前反演軟件的技術(shù)水平，也無法保證能反演出完全正確的地電剖面，對(duì)于反演的數(shù)據(jù)處理，一定要有自我的參與。

3)高密度電阻率的反演處理有固定的幾個(gè)步驟，不能越步進(jìn)行:①對(duì)結(jié)果進(jìn)行一個(gè)粗略的預(yù)判，這樣便于知道數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確;②接著是對(duì)原始數(shù)據(jù)的可靠性進(jìn)行判斷，是否反演數(shù)據(jù)取決于具體的測(cè)量條件;③根據(jù)條件分析數(shù)據(jù)的可靠性，例如接地條件很差，原始數(shù)據(jù)難免有很大的誤差，這時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)反演只能得到更差的結(jié)果;如果地形平緩、接地條件好的剖面，大多數(shù)的數(shù)據(jù)質(zhì)量都比較高，可以進(jìn)行反演工作。

4 結(jié) 語

通過上文對(duì)高密度電法的優(yōu)劣分析，應(yīng)用實(shí)例的解讀，對(duì)于反演圖的解讀方法的示范可以知道，高密度電法能夠從剖面和斷面的反演色譜圖直觀的反映出所要探測(cè)的物體的結(jié)構(gòu)特征以及電性分布形態(tài)。由于它的快速、經(jīng)濟(jì)以及操作簡(jiǎn)便，在水文地質(zhì)和工程地質(zhì)中有著極其廣泛的應(yīng)用。

［1］王士鵬. 高密度電法在水文地質(zhì)和工程地質(zhì)中的應(yīng)用［J］. 水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2000(01):52 －56.

［2］葛如冰. 高密度電阻率法應(yīng)用中常見的問題與思考［J］.勘察科學(xué)技術(shù)，2009(01):22 －25.

［3］方前發(fā)，張宏兵. 電法勘探方法在水文和工程地質(zhì)中的應(yīng)用［J］. 大眾科技，2006(04):29 －31.