侯德冰

（中化地質(zhì)礦山總局湖南地質(zhì)勘查院 湖南長沙 410000）

高密度電法與超前物探在地質(zhì)勘察中的應(yīng)用比較

侯德冰

（中化地質(zhì)礦山總局湖南地質(zhì)勘查院 湖南長沙 410000）

科技的不斷革新，越來越多的新材料也被人們所熟知，各類綜合物探的方式也不斷推陳出新，而高密度電法以及超前物探法作為物理勘探的兩個(gè)重要分支，近幾年在地質(zhì)物探的勘察中得到了廣泛的應(yīng)用，基于此，本文就對地質(zhì)勘察的主要任務(wù)、高密度電法以及超前物探的基本內(nèi)容進(jìn)行了簡要的分析，并結(jié)合相應(yīng)的工程案例對兩者進(jìn)行了對比。

高密度電法；超前物探；地質(zhì)勘測；應(yīng)用比較

1 引言

使用勘探方法判斷地質(zhì)情況時(shí)，主要是依據(jù)地震波的振幅變化情況以及波的實(shí)際折射、反射情況而推斷的。在重大場地的工程地質(zhì)調(diào)查中，大壩、橋墩選址時(shí)，采空區(qū)以及巖溶區(qū)探測時(shí)，運(yùn)用高密度電法勘探取得的效果良好；而在地質(zhì)勘察中運(yùn)用超前物探技術(shù)則能夠提高探測的效率、準(zhǔn)確度，并減少探測的損傷。所以，必須做好高密度電法與物探方法的比對，以便更好的展開地質(zhì)勘察工作。

2 地質(zhì)勘察工作的相關(guān)概述

2.1 地質(zhì)勘察的主要任務(wù)

在建設(shè)建筑工程前，要對擬建區(qū)域的地質(zhì)問題，例如選擇地基、工程周邊的地質(zhì)情況以及做好后續(xù)的安全防護(hù)工作進(jìn)行全方位的考慮，并為工程建筑提供詳盡的工程地質(zhì)資料，以便后續(xù)施工更為科學(xué)合理。在地質(zhì)勘察時(shí)要做好以下幾種工作：

（1）對整個(gè)施工工區(qū)進(jìn)行全面的檢查，以便更好的對地質(zhì)資料、地質(zhì)構(gòu)造以及地質(zhì)形成的具體過程進(jìn)行有效的分析，整理出有利因素以及不利因素，選擇最優(yōu)質(zhì)的擬建場地，并按照所選場地的實(shí)際地質(zhì)條件，合理的對其進(jìn)行規(guī)劃，有效降低施工的難度，縮短施工的工期以及減少施工成本的投入。

（2）選定了建筑擬建的場地后，要做好場地的地質(zhì)勘察工作，按照建筑物的規(guī)模、類型以及施工的主要方式，制定更為科學(xué)合理的施工方案，在施工方案中要將不良地質(zhì)可能帶來的影響包含在內(nèi)。

（3）在實(shí)際建設(shè)建筑物時(shí)，或多或少會(huì)對建筑周邊的環(huán)境以及地質(zhì)環(huán)境造成影響，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)出現(xiàn)地面塌陷的問題，因此，為了有效確保施工安全，需要對施工過程中以及施工前后的地質(zhì)條件所發(fā)生的變化進(jìn)行詳細(xì)的預(yù)測，并制定相應(yīng)的解決措施。

2.2 地質(zhì)勘察的兩種主要方式

2.2.1 高密度電法基本概述

（1）高密度電法的原理

高密度電法的原理跟常規(guī)直流電法的原理基本相同，都是對地質(zhì)體以及圍巖的電性差異進(jìn)行分析，對電場的分布規(guī)律進(jìn)行研究，對工程存在的地質(zhì)問題進(jìn)行合理的解決。而高密度法跟常規(guī)直流電法相比，更是綜合了常規(guī)電法中的電剖面法以及電測探法對地下橫向電性的變化情況進(jìn)行觀測，還能夠?qū)σ欢ㄉ疃认碌拇瓜螂娦缘淖兓闆r進(jìn)行觀測。使用高密度電法能夠采集到大量的數(shù)據(jù)，測點(diǎn)的密度較高，能夠有效彌補(bǔ)常規(guī)電法數(shù)據(jù)不足的情況，極大地提高了工作效率。

高密度電法數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要由三個(gè)部分組成，即主機(jī)、多路電極轉(zhuǎn)換器以及電極系。此方法在野外工作裝置形式比較多，總電極數(shù)跟點(diǎn)距可按照場地條件與勘察深度任意選擇，具體勘察原理流程如圖1所示。

圖1 高密度電法工作示意圖

（2）資料整理與解釋

由于高密度電法的裝置種類較多，不同的裝置，整理資料的過程也大不相同，基于此，本文以溫納（對稱四級）裝置為例，即選取AM=MN=NB=a，記錄點(diǎn)取在MN的中間，儀器所測視電阻率計(jì)算公式為：

其中：KAB=2×Π×a。

當(dāng)電極數(shù)為60個(gè)或者120個(gè)時(shí)，電機(jī)距選擇1～5m，最大的隔離系數(shù)選擇最16或32。采集系統(tǒng)通過儀器自動(dòng)選取A、B、M、N，并在60或120根電極中相互轉(zhuǎn)換，同時(shí)主機(jī)測試到不同位置不同層的ρs值，最終完成整條剖面的數(shù)據(jù)采集工作，根據(jù)視電阻率值的變化異常來劃分地層分布情況。

2.2.2 超前物探方法基本概述

地球物理勘探簡稱物探，能夠?yàn)殚_發(fā)資源和保護(hù)環(huán)境提供相關(guān)的參考。現(xiàn)階段，工程地質(zhì)勘察中廣泛的運(yùn)用了物探法，在一定程度上促進(jìn)了我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展。傳統(tǒng)的地質(zhì)勘察法主要有鉆探取土和雙橋靜力觸探兩種，盡管這些方法在一定程度上對于各個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展起到了一定的促進(jìn)作用，但如果僅僅只使用一種勘察方法，難以跟勘察工程的地質(zhì)的需求保持一致，各勘察方法的作用也十分的有限，因此在實(shí)際地質(zhì)勘察中要綜合多種勘察方法，以此提高勘察的質(zhì)量。

（1）地質(zhì)超前物探勘察的原理

跟高密度電法的基本原理相比，超前物探也是通過對巖、礦山與含水地質(zhì)體之間的電性差異進(jìn)行分析，研究出地質(zhì)周邊的電場分布情況，只是超前物探是通過布置在巷道內(nèi)供電電極在巷道周圍巖層中建立起全空間的穩(wěn)定人工電場，該穩(wěn)定電場的特征取決于巷道周圍巖石的電性特征及其賦存狀態(tài)，再通過測量電極觀察和研究地殼周圍人工電場的變化和分布規(guī)律，使用全電場理論處理和解釋，進(jìn)而得到巷道周圍巖石中引起電場變化的水文地質(zhì)狀況。超前物探是研究掘進(jìn)頭前方地層變化規(guī)律，預(yù)測掘進(jìn)頭前方地質(zhì)體異常情況的一種電法探測技術(shù)。

（2）地質(zhì)超前物探勘察的特點(diǎn)

在工程地質(zhì)勘察中，超前物探方法具有以下幾點(diǎn)特點(diǎn)：

①探測的深度淺。在對工程設(shè)計(jì)進(jìn)行探測時(shí)，地質(zhì)問題一般會(huì)發(fā)生在淺層地域，而物探方法的探測深度也在相應(yīng)的范圍內(nèi)，即所謂的幾米至幾十米，但最深不會(huì)多于百米，所以探測的深度較淺。

②探測的精確度高。通常情況下，工程建設(shè)單位對于物探方法的精度要求較高，探測的深度以及地表的位置不能夠出現(xiàn)較大的誤差，務(wù)必要將誤差控制在厘米以內(nèi)。

③對于施工場地的要求較低。物探方法主要的內(nèi)容就是對工程地質(zhì)進(jìn)行勘察，并對地質(zhì)資料進(jìn)行分析，而這些工作一般需要耗費(fèi)幾天至幾十天不等，且對工程的危險(xiǎn)程度進(jìn)行分析時(shí)，需要在1d內(nèi)得出探測結(jié)果。

3 高密度電法與超前物探在地質(zhì)勘察中的實(shí)際應(yīng)用

3.1 工程概況

某礦8102的回風(fēng)巷在三疊下統(tǒng)沙堡灣組，巖性為灰、灰綠色泥巖，夾有少量的泥灰?guī)r及粉砂質(zhì)條帶，其中泥巖為主要的含水層。前期掘進(jìn)過程中會(huì)遇到斷層而發(fā)生突水事件，據(jù)推測其主要原因在于泥巖出現(xiàn)了滲水，所以，在進(jìn)行前方掘進(jìn)時(shí)，務(wù)必要對前方地質(zhì)條件進(jìn)行預(yù)探。

3.2 高密度電法與超前物探在工程地質(zhì)勘察中具體應(yīng)用

3.2.1 高密度電法探測

采用DZD-6型多功能激電儀和DUK-2A型高密度測量系統(tǒng)。在8102回風(fēng)巷布置勘探線2條，每條電極數(shù)90個(gè)，共180個(gè)電極，電極間距10m。測線測深均為240m，得到電阻率剖面如圖2～3。

圖2 高密度電法勘探1號線電阻率剖面圖

3.2.2 超前物探探測

采用YTD400（A）礦井全方位探測儀進(jìn)行超前預(yù)探，該儀器是運(yùn)用最新礦井地質(zhì)勘探技術(shù)和理論，為在井下含有爆炸性危險(xiǎn)物等特定環(huán)境下探測地質(zhì)體異常而設(shè)計(jì)的多功能礦井物探綜合勘探系統(tǒng)。本次探測設(shè)計(jì)步長為4m，由于巷道情況限制，探測深度為36m。得到超前物探電阻率剖面如圖4。

圖3 高密度電法勘探2號線電阻率剖面圖

圖4 超前物探電阻率剖面圖

3.2.3 對比分析

剖面起伏點(diǎn)采用高精度eTrex手持GPS衛(wèi)星定位儀導(dǎo)航定點(diǎn)，保證測點(diǎn)能夠相互對應(yīng)。

（1）圖2中③號低阻異常視電阻率小于100·m，并且等值線呈低阻圈閉異常，推測為地下水巖溶管道異常；通過超前物探得出與圖4中的1號低阻異常完全吻合。圖4中顯示在迎頭0～4m范圍內(nèi)，異常范圍較小，強(qiáng)度較強(qiáng)，初步推斷此異常相對賦水性較強(qiáng)。

（2）圖2中②號高阻異常視電阻率大于2000·m，并且等值線呈高阻圈閉異常，推測為地下水巖溶空洞異常；通過超前物探得出與圖5中的3號高阻異常完全吻合。圖4中顯示在迎頭23～30m范圍內(nèi)，異常范圍較小，強(qiáng)度較弱，初步推斷此異常為巖性變化所致。

（3）圖4中2號低阻異常視電阻率在80～99·m，異常范圍較大，強(qiáng)度較弱，推測此異常為相對賦水性較弱巖體，對應(yīng)于圖3中的④號與⑤號高阻異常中間范圍，該異?？赡苁怯捎谏蠈訚B水導(dǎo)致巖性變化。

（4）圖2中①號高阻異常視電阻率大于2000·m，異常范圍較大，強(qiáng)度較強(qiáng)，與圖3中⑤號高阻異常對應(yīng)分析為前期開采過程中留下的采空區(qū)。

4 結(jié)語

總而言之，高密度電法跟超前物探法相比各有各的優(yōu)點(diǎn)，但無論哪一種勘察方式都具有一定的局限性，在進(jìn)行地質(zhì)勘察時(shí)，要善于將多種勘察方法和技術(shù)有效的結(jié)合在一起，結(jié)合工程地質(zhì)的實(shí)際水文情況，反復(fù)演算，以保證勘探結(jié)果的正確性。

[1]齊雷，陳文強(qiáng).高密度電法在隧道勘察中的應(yīng)用與思考[J].中國水運(yùn)月刊，2013，13（1Z）：215～216.

[2]楊彥龍.物探方法在工程地質(zhì)勘察中的應(yīng)用與發(fā)展[J].地球，2014（2）.

[3]李桂龍.高密度電法在巖溶地質(zhì)勘察中的應(yīng)用[J].中國西部科技，2011，10（15）：17.

P631.3

A

1004-7344（2016）07-0184-02

2016-2-25