葛紅旗

（貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局物化探總隊(duì)，貴州 都勻 558000）

高密度電法勘探技術(shù)成熟，在工程地質(zhì)勘探中應(yīng)用較為廣泛，一般情況下，相關(guān)工作人員是通過(guò)利用電阻率參數(shù)來(lái)對(duì)電法勘探資料進(jìn)行解釋，但是在南方等巖溶較為發(fā)育的地區(qū)，電阻率會(huì)出現(xiàn)負(fù)值情況，關(guān)于這方面的研究還待深入[1-3]。因此，文中對(duì)負(fù)電位差產(chǎn)生的原因以及具體利用進(jìn)行研究，以期能更好促進(jìn)電法勘探運(yùn)用。

1 地電場(chǎng)理論概述

根據(jù)有關(guān)研究資料，在大陸地區(qū)，大地磁場(chǎng)的平均梯度在20mV/km，且大地磁場(chǎng)會(huì)隨著時(shí)間以及方向的變化而改變；局部較小范圍內(nèi)形成的自然電磁場(chǎng)較為穩(wěn)定，異常地帶的電磁場(chǎng)與其他區(qū)域內(nèi)的電磁場(chǎng)強(qiáng)度變化幅度一般在幾十或者幾百mV，特別是當(dāng)受到某些礦產(chǎn)影響時(shí)，電磁場(chǎng)的負(fù)自電異常值可以達(dá)到-800mV甚至更高，同時(shí)由于高密度電法勘探技術(shù)建立的電磁場(chǎng)電位值在幾十mV，因此，對(duì)在對(duì)負(fù)電位差產(chǎn)生原因分析時(shí)只考慮自然電磁場(chǎng)的影響。

根據(jù)有關(guān)研究成果，過(guò)濾電磁場(chǎng)的大小跟所處環(huán)境中的巖體滲透率、孔隙水的導(dǎo)電率以及環(huán)境中巖體性質(zhì)有密切關(guān)聯(lián)，具體可以采用下述公式進(jìn)行表達(dá)。

其中：ρ水表示巖體中裂隙水的電阻率值（π·m）；ΔP 表示為環(huán)境中的水頭壓力（pa）

2 自然電磁場(chǎng)分布特征

2.1 傾斜巖土交接面自然電磁場(chǎng)分布特征

巖層與土的交接面形式很多，同時(shí)土以及巖層的種類也多種多樣，當(dāng)土中含有的粘性土比例較大、含水率較高時(shí)，其與巖層的交接面往往接觸較為緊密，交接面的電性差變化不明顯，因而，此情況下的過(guò)濾電磁場(chǎng)值一般較為弱小；當(dāng)土層中含有的碎石同時(shí)巖基面較為傾斜時(shí)，巖層與土層的交接面處就可能形成局部的空腔，地下水沿著土層與巖層的交界面運(yùn)移，形成較大的過(guò)濾電場(chǎng)。具體如圖1所示。

圖1 傾斜層面自然電磁場(chǎng)分布

2.2 溶洞情況下自然電磁場(chǎng)分布特征

在大氣降水或者地下水作用下，可溶性巖層在水流作用下出現(xiàn)空洞，形成溶洞，根據(jù)溶洞內(nèi)是否含水分為全充水溶洞、部分充水溶洞以及不含水溶洞，由于全充水溶洞類似于一電阻率較低的球體，因此，在對(duì)自然電磁場(chǎng)影響不大，文中僅對(duì)半充水以及不含水溶洞進(jìn)行分析。

當(dāng)溶洞內(nèi)部不含水時(shí)，帶點(diǎn)的正電離子主要分布在溶洞下部的裂隙附近，當(dāng)溶洞底部含水是，帶正電的離子主要在溶洞底部，這兩種情況下，自然電磁場(chǎng)的分布狀態(tài)較為接近，具體如圖2所示。當(dāng)?shù)叵滤?jīng)過(guò)溶洞附近區(qū)域時(shí)，由于水的作用使得溶洞內(nèi)固液界面形成離層雙電層的穩(wěn)定狀態(tài)遭到破壞，從而沿著水流方向形成電磁場(chǎng)。

3 負(fù)電位差產(chǎn)生原因分析

為了便于對(duì)電位差進(jìn)行區(qū)分，將自然形成的過(guò)濾電磁場(chǎng)電位差采用表示，人工搭建的電磁場(chǎng)電位差采用表示，自然狀態(tài)下電磁場(chǎng)分布如圖1所示。當(dāng)在地面位置搭建人工點(diǎn)磁場(chǎng)之后的電磁場(chǎng)分布如圖2所示。

自然狀態(tài)下的電磁場(chǎng)與人工搭建的電磁場(chǎng)相互作用，會(huì)導(dǎo)致自然電磁場(chǎng)出現(xiàn)壓縮或者偏差的情況，人工及自然電磁場(chǎng)疊加作用下產(chǎn)生的電位差可以采用下述公式進(jìn)行計(jì)算：

在傾斜界面情況下，由于電磁場(chǎng)供電方向的差異，人工搭建的電磁場(chǎng)對(duì)自然電磁場(chǎng)的影響不盡相同，當(dāng)坡腳處于正供電狀態(tài)時(shí)，人工電磁場(chǎng)與自然電磁場(chǎng)的方向趨于一致，這時(shí)取值為正；當(dāng)坡腳對(duì)應(yīng)的坡頂處于正供電狀態(tài)時(shí)，人工電磁場(chǎng)與自然電磁場(chǎng)的方向相反，這時(shí)取值為負(fù)。從公式2中可以看出啊，當(dāng)自然電磁場(chǎng)方向與人工電磁場(chǎng)方向相反時(shí)，且值大于會(huì)造成儀器測(cè)定的電位差值為負(fù)值。這種情況通常發(fā)生在供電電壓值不高，且探測(cè)區(qū)域內(nèi)的水頭壓力較大的區(qū)域出現(xiàn)。

4 工程實(shí)例分析

在西南地區(qū)某高速工程滑坡體探測(cè)過(guò)程中，前期地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)得出的滑坡體厚度在45m左右，施工單位準(zhǔn)備55m的套管進(jìn)行滑坡治理，但是具體鉆孔施工到53m位置時(shí)，仍未見(jiàn)到巖層基巖，該滑坡探測(cè)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)為單一的向斜構(gòu)造，角度在40°左右，坡頂位置堆積有碎石塊并加雜有黏土，黏土以及小碎石占比為60%左右，坡底位置為一河流，從傾斜巖面巷可以明顯看出水流從傾斜的坡體流出，在采用高密度電磁法勘探時(shí)，隔離系數(shù)取值在16時(shí)，在鉆孔附近的探測(cè)區(qū)域內(nèi)反復(fù)的出現(xiàn)負(fù)電位差情況，從電磁勘探圖中以及負(fù)電位差的出現(xiàn)綜合判斷可以得出，基巖面的深度應(yīng)該82m左右，而非此前地質(zhì)超前預(yù)報(bào)的45m，鉆孔的鉆探結(jié)果也表明，基巖面深度在80.3m。若僅僅的從電磁勘探結(jié)果中進(jìn)行解讀，不考慮負(fù)電位差，判斷的結(jié)果應(yīng)該63m左右，與現(xiàn)實(shí)情況存在明顯的差異。

圖2 邊坡電磁勘探成果圖

5 總結(jié)

文中對(duì)地電場(chǎng)理論進(jìn)行了概述，分析了傾斜巖土交接面自然電磁場(chǎng)以及溶洞情況下自然電磁場(chǎng)分布特征，并對(duì)負(fù)電位差產(chǎn)生原因進(jìn)行分析，最后采用西南某隧道的地質(zhì)勘探為例，對(duì)負(fù)電位差的運(yùn)用進(jìn)行分析，以期能更好的促進(jìn)高密度電法勘探的應(yīng)用。