■劉記成（河南省地礦局第二地質(zhì)環(huán)境調(diào)查院河南鄭州450000）

高密度電法在水文地質(zhì)和工程地質(zhì)中的應(yīng)用

■劉記成
（河南省地礦局第二地質(zhì)環(huán)境調(diào)查院河南鄭州450000）

高密度電法屬于先進探測技術(shù)，在地質(zhì)勘測過程中得到廣泛應(yīng)用。高密度電法具有信息量巨大、高密度測點等優(yōu)點，在水文地質(zhì)及工程地質(zhì)中具有重要作用。本文對高密度電法在水文地質(zhì)及工程地質(zhì)中的應(yīng)用進行簡單分析。

高密度電法 水文地質(zhì) 工程地質(zhì)

1　引言

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，地質(zhì)勘測技術(shù)也不斷進步。高密度電法是近幾年出現(xiàn)的先進探測技術(shù)，在水文地質(zhì)及工程地質(zhì)中得到廣泛應(yīng)用。采用高密度電法極大的提高工程勘察的準確度，從而為項目建設(shè)提供關(guān)鍵信息。

2　高密度電法探測原理

高密度電法是根據(jù)水文工程及環(huán)境地質(zhì)調(diào)查的實際需要而研制的一種電阻率法，是以巖土體的電阻率差異為基礎(chǔ)，通過對電場分布的特點和變化空間差異的觀察和研究，查明地下地質(zhì)構(gòu)造和尋找地下非均勻電體的地球物理勘探方法。在數(shù)據(jù)采集過程中結(jié)合電阻率曲線和電阻率測深觀測的方法，大量的數(shù)據(jù)收集，提高了觀測數(shù)據(jù)的準確性，在電異質(zhì)體的檢測方面取得了良好的效果。其工作流程如圖1所示。

高密度電法實際上是集中了電剖面法和電測深法，其原理與普通電阻率法相同。測量系統(tǒng)由多功能直流電法儀和多路電極轉(zhuǎn)換器組成，基于常規(guī)電阻率法勘探原理并利用多路轉(zhuǎn)換器的供電，測量電極的自動轉(zhuǎn)換，配合常規(guī)電阻率的測量方法及電阻率成像（CT）等高新技術(shù)來進行高分辯、高效率電法勘探。尤其溫納裝置在高密度測量分辨率相對較高。

高密度電法野外測量時將全部電極（幾十至上百根）置于剖面上，利用程控電極轉(zhuǎn)換開關(guān)和微機工程電測儀便可實現(xiàn)剖面中不同電極距、不同電極排列方式的數(shù)據(jù)快速自動采集。與常規(guī)電阻率法相比，高密度電法具以下優(yōu)點：（1）電極布置一次性完成，不僅減少了因電極設(shè)置引起的故障和干擾，并且提高了效率；（2）能夠選用多種電極排列方式進行測量，可以獲得豐富的有關(guān)地電斷面信息；（3）野外數(shù)據(jù)采集實現(xiàn)了自動化和半自動化，提高了數(shù)據(jù)采集速度，避免了手工誤操作。此外，隨著地球物理反演方法的發(fā)展，高密度電法資料的電阻率成像技術(shù)也從一維和二維發(fā)展到三維，極大的提高了地電資料的解釋精度。

高密度電法的溫納裝置是不同深度對稱的四極剖面裝置，電極間距為5m，根據(jù)場地上覆地層厚度選擇不同的電極數(shù)和采集剖面層數(shù)。設(shè)備允許的最大隔離系數(shù)為32。數(shù)據(jù)處理工作采用G3RTomo5.0軟件完成，先進行突變點剔除工作，再根據(jù)需要，進行數(shù)據(jù)圓滑處理和地形改正，最后通過剖面反演，繪制出視電阻率斷面等值線圖。

高密度電法具有不同于常規(guī)的電阻率法的優(yōu)點，具體有：第一，可以一次性完成電極布置工作，能夠有效地減少故障和電磁干擾，大大的提高了效率；第二，在野外測量時，可以選擇多種電極的排列方式開展測量，能夠獲得大量的涉及地電斷面的數(shù)據(jù)；第三，在野外的數(shù)據(jù)采集工作中，能夠進行自動化或者是半自動化采集作業(yè)，大大的提高了數(shù)據(jù)采集的速度，有效地減少了數(shù)據(jù)采集中的手工操作失誤；第四，隨著探測技術(shù)的發(fā)展和反演方法的進步，高密度電阻率成像法的技術(shù)也使得到了很大的發(fā)展，實現(xiàn)了從一維和二維到三維的跨越，在很大程度上提高了地電資料的解釋精度。高密度電法的成果資料定性解釋簡單、直觀、明了，在結(jié)合地質(zhì)調(diào)查、鉆探資料以及其他物探方法，可做出半定量、定量解釋；電極布置是一次性完成，減少了因電極設(shè)置帶來的干擾和測量的誤差，能有效的進行多種電極排列的的測量方式，從而可獲得更加豐富的地質(zhì)探測信息。

3　高密度電法在水文地質(zhì)及工程地質(zhì)中的應(yīng)用

3.1高密度電法在預(yù)防富水性地質(zhì)災(zāi)害工作中的應(yīng)用

做好預(yù)防富水性地質(zhì)災(zāi)害工作是工程施工地質(zhì)地表探測的一項重要工作內(nèi)容，利用水文地質(zhì)條件測量法，對工程的水文地質(zhì)情況進行探測，根據(jù)施工區(qū)域內(nèi)居民的用水井泉及其泉點分布情況，對這些用水井泉進行長時期的動態(tài)測量，一般采用的測量方法可以是容量法、三角堰法和流速法，每月測量2～4次，再仔細觀測施工區(qū)域季節(jié)變化情況，利用地質(zhì)素描法繪制出井泉的水位及其水流量的動態(tài)變化曲線圖，經(jīng)過分析能夠在完整灰?guī)r區(qū)域內(nèi)高度探測到富水性災(zāi)害的存在，由于探測到富水性災(zāi)害的存在，使得該區(qū)域的圍巖視電阻率較低和圍巖含水量較大，由此可以推斷出工程施工時會出現(xiàn)線流或股狀涌水的不良現(xiàn)象，甚至?xí)霈F(xiàn)拱頂坍塌或側(cè)壁失穩(wěn)的嚴重情況，而高密度電法就可以很好地探測出富水性災(zāi)害，利于做好預(yù)報工作和預(yù)防策略，從而保證項目施工的安全。

3.2高密度電法勘探地下水

（1）任務(wù)和目的：山東東營某村，所處區(qū)域地質(zhì)為花崗巖，由于受到當?shù)貜U水污染的影響，致使不能飲用淺層水。為了解決當?shù)匕傩盏娘嬎畣栴}，需要在當?shù)卮蛞簧钏瑢鶐r裂隙中的水進行提取、分析。任務(wù)要求是單井出水量Q>5m3/h，水質(zhì)必須符合相關(guān)的飲用水標準。可以采用高密度電法完成此項任務(wù)。

（2）測區(qū)概況：測區(qū)所屬地形是丘陵，構(gòu)造較為簡單，地層中分布有玲瓏花崗巖以及第四系地層。第四系地層的成分主要是以粉土、砂和卵石，地層的厚度只有數(shù)米，且大多分布在山腳和溝谷里；玲瓏花崗巖在這個地區(qū)分布很廣，大面積的裸露，只有小部分在山腳和溝谷中被第四系地層所覆蓋。在測區(qū)內(nèi)沒有斷裂構(gòu)造，從區(qū)域性構(gòu)造來說，小部分的斷裂主要是以NNE向為主。推測地下水位深于100米。所在地方的巖石的電阻變化情況如下：第四系地層的電阻率是30～250Ω·m；因風(fēng)化破碎的花崗巖是500～1000Ω·m；完好的花崗巖電阻率高于1500Ω·m。總體來看，地球物理前提條件基本具備。

（3）外業(yè)工作：在外業(yè)工作時，要根據(jù)地形和地貌選擇較為平坦的區(qū)域，在大致垂直NNE方向布置兩條測線，兩條側(cè)線的長度均是500米，兩電極之間的距離a設(shè)置為5米，點距設(shè)置為5米，電極設(shè)置為101根。測試深度設(shè)定為1a～33a，裝置采用溫奈爾。

圖2　

（4）解釋推斷：圖2是A電阻率垂直構(gòu)造突出斷面圖，我們可以知道斷面中320～350米之間的區(qū)域有電阻異常，寬度大約是30米，垂直發(fā)育，電阻率等級為低。該電阻異常垂直方向深度超過100米。B測試線中也有與其相類似的情況，把這兩測試線中的異常區(qū)域連接起來走向呈現(xiàn)NE方向，偏離15度。這一走向和NNE向完全一樣。因此，可以推斷出這條電阻異常帶就是我們要找的構(gòu)造裂隙帶。在該裂隙帶內(nèi)布井，成功的可能性較大。

（5）應(yīng)用效果：根據(jù)我們推斷的結(jié)果，工作人員在A測線330米的地方確定鉆井的位置，孔深達到214.02米，經(jīng)過抽水檢驗，Q=6.35m3/h，通過對水質(zhì)的分析，檢驗結(jié)果完全符合飲用水標準，該井符合委托方的要求。

4　結(jié)束語

高密度電法是一種先進電探方法，依靠先進技術(shù)支持，能夠減少水文地質(zhì)及工程地質(zhì)勘測時的電磁干擾，極大的提高了工作效率。采用高密度電法作業(yè)時，能夠進行自動化采集，可獲得大量的數(shù)據(jù)信息，能夠最大程度減少失誤，從而為上部工程建設(shè)提供技術(shù)支持。

[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), 2000,27(1):52～56.

[2]蘇恒.高密度電法在水文地質(zhì)和工程地質(zhì)中的應(yīng)用 [J].中國高新技術(shù)企業(yè),2014, (4):126～127.

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F407.1[文獻碼]B

1000～405X（2016）～4～105～2