王華鋒

山東省魯南地質(zhì)工程勘察（山東省地勘局第二地質(zhì)大隊(duì)），中國(guó)·山東 兗州 272100

高密度電法；工程物探；應(yīng)用

1 引言

高密度電法作為直流電法的一種，具有自身的優(yōu)勢(shì)，可實(shí)現(xiàn)一次性的布設(shè)以及電極測(cè)量目標(biāo)，勘查效率提高、質(zhì)量保障。高密度探測(cè)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，使其在當(dāng)下中國(guó)礦產(chǎn)開發(fā)領(lǐng)域與工程建設(shè)領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。為了發(fā)揮高密度探測(cè)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，需要掌握高密度電法的應(yīng)用要點(diǎn)以及其在不同勘測(cè)作業(yè)中的應(yīng)用方法，發(fā)揮科學(xué)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，為野外工作開展提供保障。

2 高密度探測(cè)技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

2.1 應(yīng)用更加便捷，可實(shí)現(xiàn)一次性布設(shè)目標(biāo)

高密度探測(cè)技術(shù)應(yīng)用，在電極的布置方面具有較好的應(yīng)用效果，應(yīng)用更加的便捷，可實(shí)現(xiàn)一次性的勘測(cè)，保障電極布置的效果。此外，高密度探測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，也降低了由電極布設(shè)所帶來的干擾，有利于在有效時(shí)間內(nèi)對(duì)全過程進(jìn)行檢測(cè)，獲得更加精確的數(shù)據(jù)信息。

2.2 測(cè)量功能強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)多電極測(cè)量目標(biāo)

高密度電法在應(yīng)用期間，可以對(duì)多電極的排列方式進(jìn)行有效測(cè)量，這樣不僅可以優(yōu)化測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用，也可以有效獲取更加健全地點(diǎn)結(jié)構(gòu)狀態(tài)相關(guān)信息，保障數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

2.3 數(shù)據(jù)采集和處理能力強(qiáng)，確保數(shù)據(jù)存儲(chǔ)效果

在物探勘測(cè)期間，應(yīng)用高密度物探勘測(cè)方法，可以利用自動(dòng)化的操作完成對(duì)數(shù)據(jù)信息的采集和收錄，提升數(shù)據(jù)采集和收錄的效率。

高密度物探勘測(cè)技術(shù)也可，降低以往人力勘測(cè)工作難度，以免在數(shù)據(jù)采集和收錄期間，出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失以及誤差問題。與此同時(shí)，高密度物探勘測(cè)技術(shù)應(yīng)用較為便捷，可以在采集數(shù)據(jù)完畢后及時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。處理的方法可利用現(xiàn)場(chǎng)處理方法或者脫機(jī)處理方法均可，確保數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)效果。

3 高密度電法的工作原理

高密度電法與常規(guī)的電剖面方法不同，常規(guī)的電剖面方法在應(yīng)用期間，敷設(shè)完畢到先后，僅完成一個(gè)記錄點(diǎn)內(nèi)數(shù)據(jù)觀測(cè)。當(dāng)下工程勘察作業(yè)中，目標(biāo)體的埋深和規(guī)模均控制在一定范圍內(nèi)，這就要求勘察期間對(duì)數(shù)據(jù)的采集密度要求高，以往的電探測(cè)法無法滿足工程勘察這一實(shí)際需求，如在巖溶勘測(cè)期間、防空洞以及地下管道勘測(cè)期間，傳統(tǒng)勘測(cè)方法效率低下，可能對(duì)后續(xù)施工帶來嚴(yán)重影響。

高密度電法應(yīng)用把環(huán)境情況、工程以及水文情況調(diào)查作為基礎(chǔ)，對(duì)環(huán)境以及工程和水文情況進(jìn)行調(diào)查，獲取相關(guān)數(shù)據(jù)信息。其中，高密度電發(fā)應(yīng)用原理為：通過對(duì)礦石電阻率與巖的差異進(jìn)行分析，結(jié)合電場(chǎng)的空間分布的變化特點(diǎn)以及規(guī)律，判斷不均勻電性體的存在性，看其是否存在于滑坡體以及巖溶中。

此外，高密度電勘測(cè)技術(shù)，作為地球物理的主要勘察方法，在豐富應(yīng)用期間涉及到大量的數(shù)據(jù)，各數(shù)據(jù)的采集與組合電阻率具有一定聯(lián)系，需要把電阻率測(cè)探的方法與高密度電法結(jié)合應(yīng)用，可保證數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性，獲取最佳的探測(cè)效果。

基于此，可以在當(dāng)下工程物探作業(yè)過程中，包括滑坡災(zāi)害物勘察、巖溶以及采空區(qū)、物探找水和管線調(diào)查過程中，大力引進(jìn)高密度電法，利用此技術(shù)強(qiáng)化數(shù)據(jù)獲取、收集能力，在了解高密度電法應(yīng)用原理基礎(chǔ)上，發(fā)揮高密度電法的優(yōu)勢(shì)，對(duì)小點(diǎn)距以及密度高勘察對(duì)象進(jìn)行有效觀測(cè)，獲取更加全面數(shù)據(jù)信息，保證施工的效率[1]。

4 高密度電法在各個(gè)工程物探作業(yè)中的應(yīng)用

高密度電法在工程物探中的應(yīng)用，具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，為物探工程開展提供技術(shù)支撐，降低人力操作難度，確保物探工作和質(zhì)量。尤其是近幾年，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，物探技術(shù)在精準(zhǔn)性和技術(shù)方面均得到有效創(chuàng)新，確保此項(xiàng)工作的高效落實(shí)。如下，對(duì)高密度電法在物探工程中應(yīng)用幾個(gè)方面深入分析。

4.1 管線勘測(cè)中的應(yīng)用

高密度電法在管線勘測(cè)中的應(yīng)用，強(qiáng)化工程勘測(cè)效果。通常來講，金屬管線的探測(cè)設(shè)備可以探測(cè)到電纜以及金屬管相關(guān)數(shù)據(jù)信息，應(yīng)用效果得到保障。但是，如果在下水道以及水泥管中檢測(cè)，效果較不明顯，所以需要利用高密度電法以及探地雷達(dá)，來檢測(cè)更加詳細(xì)和全面信息，探測(cè)到數(shù)據(jù)信息精準(zhǔn)性、真實(shí)性較高?，F(xiàn)階段，眾多水泥管均是由混凝土材料制作，水泥管自身的電阻較高，在探測(cè)期間容易出現(xiàn)高阻異常問題。因此，高密度電法在勘測(cè)期間，應(yīng)掌握好技術(shù)要點(diǎn)，通過標(biāo)準(zhǔn)的操作，發(fā)揮勘測(cè)技術(shù)最大應(yīng)用效果。

4.2 巖溶的探測(cè)

巖溶地區(qū)的地質(zhì)環(huán)境較為特別，工程勘測(cè)技術(shù)在勘測(cè)中應(yīng)用存在一定難度，為了有效保護(hù)高巖溶區(qū)域，做好開發(fā)建設(shè)和保護(hù)工作，應(yīng)利用科學(xué)以及有針對(duì)性的探測(cè)方法，來落實(shí)探測(cè)工作，以確保獲取數(shù)據(jù)的真實(shí)性和準(zhǔn)確性。

基于巖溶容易塌陷問題，為了給予工程勘測(cè)工作相應(yīng)支持，應(yīng)進(jìn)一步對(duì)本區(qū)域巖溶發(fā)育的情況調(diào)查和研究。調(diào)查研究后，若是巖溶處于生長(zhǎng)階段，則內(nèi)部會(huì)被各類雜物質(zhì)填充，這樣在利用高密度電法落實(shí)探測(cè)工作時(shí)，將形成過低電阻率。如果巖溶內(nèi)部存在空洞，則會(huì)形成較高的電阻，此時(shí)可把電阻率的異常信號(hào)作為評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)。

4.3 地層的劃分

如圖1所示，在高密度視電阻率反演斷面圖上電阻率明顯的梯度變化帶是斷裂構(gòu)造的判別依據(jù)，視電阻率相對(duì)高低可以作為判斷巖石破碎程度的依據(jù)。

圖1 高密度視電阻率反演斷面圖

從上圖中的視電阻率反演斷面圖中可知：ρs從左到右大致呈高- 低- 高，左1號(hào)電極-49 號(hào)電極段ρs為3200Ω·m—6400Ω·m，為相對(duì)高阻區(qū)，物性特征分析應(yīng)為中風(fēng)化凝灰?guī)r，完整程度為較完整；中段49 號(hào)電極-83 號(hào)電極間相對(duì)低阻區(qū)，一般ρs≤1600Ω·m，局部夾有高阻，ρs在3200—6400Ω·m，底部ρs小于800Ω·m，77 號(hào)電極-83號(hào)電極段ρs最低，小于400Ω·m，表明該段底部基巖破碎，部分地段裂隙發(fā)育，巖石相當(dāng)破碎，且可能含地下水也較豐富；83～97 號(hào)電極段中淺部呈高阻，從異常的形態(tài)和變化趨勢(shì)可以看出該段底部為低視電阻率，小于1600Ω·m，也表明該段下部巖石破碎。

41～53 號(hào)電極間存在電阻率的梯級(jí)帶，77～99 號(hào)電極間為兩相對(duì)高阻夾一低阻異常，兩側(cè)的電阻率梯級(jí)變化明顯，推測(cè)這兩處電阻率的梯級(jí)帶為斷層反映，斷層間低阻異常結(jié)合物性測(cè)定與鉆探資料相結(jié)合，可能為高嶺土侵入后，巖石破碎形成的，即低ρs異常為該段區(qū)域高嶺土及巖石破碎、節(jié)理發(fā)育的綜合反映。

4.4 地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)用

現(xiàn)階段，眾多滑塌事故均是受到地質(zhì)條件影響，增加工程物探工作難度。而對(duì)于普通工程建設(shè)來說，現(xiàn)階段地質(zhì)資料分析以及數(shù)據(jù)探測(cè)無法滿足實(shí)際作用，影響地質(zhì)資料相關(guān)數(shù)據(jù)信息獲取。利用高密度電法在工程物探作業(yè)中，可解決上述問題，地質(zhì)勘測(cè)達(dá)到預(yù)期效果[2]。

根據(jù)電阻率較低的位置為富水性較好的巖土體，巖土體富水性較差的位置反演成果圖上表現(xiàn)的電阻率較高。以某區(qū)第四系地面塌陷為例：極距1m，如圖2所示，反演成果圖上電阻率值在2～40Ω·m 范圍內(nèi)，除局部電阻率畸變外主要電阻率變化在6～18Ω·m，主要電阻率變化區(qū)間較小，巖土體電性差異一般。深度2m 以淺，電阻率橫向變化較大，推測(cè)為淺部回填土不均勻體影響。深度大于2m 的區(qū)域，測(cè)線78m 處，電阻率值為5～8Ω·m，推測(cè)下部有存在空洞的可能，經(jīng)鉆探驗(yàn)證，在6.2～8.2m 深度處存在掉鉆的情況，通過井下電視探測(cè)發(fā)現(xiàn)，該處為一構(gòu)筑物并充水引起的低阻異常。

圖2 巖土體富水性較差的位置反演成果圖

5 提高工程物探中高密度電法應(yīng)用效果建議

5.1 做好裝置的選擇工作

高密度電法在應(yīng)用期間，數(shù)據(jù)的觀測(cè)裝置具有幾十種類型，在實(shí)際工作期間，受到時(shí)間等各個(gè)因素影響，無法對(duì)每個(gè)裝置進(jìn)行觀測(cè)，而是選擇利用一個(gè)具有代表性裝置對(duì)其相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和分析。需要注意的是，在數(shù)據(jù)裝置選擇期間，一定要明確數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，確保數(shù)據(jù)的可信度和精度，掌握測(cè)試區(qū)域電性變化，意識(shí)到誤差不可避免，并把相同一個(gè)側(cè)區(qū)的誤差看做是一個(gè)相對(duì)來說較為固定的數(shù)值，通過數(shù)值的變化，總結(jié)誤差出現(xiàn)舉措，探索有效解決問題方法。此外，高密度觀測(cè)方法可利用這三種方法具有較好的應(yīng)用效果：①二級(jí)裝置觀測(cè)方法；②三級(jí)裝置觀測(cè)方法；③對(duì)稱四級(jí)觀測(cè)方法。

5.2 明確數(shù)據(jù)處理以及具體工作流程

（1）在數(shù)據(jù)處理前，需把所要采集的數(shù)據(jù)結(jié)果通過自動(dòng)化操作，存儲(chǔ)到主機(jī)中，經(jīng)過相關(guān)通信軟件的處理，把處理完善原始數(shù)據(jù)傳輸于計(jì)算機(jī)終端。

（2）計(jì)算機(jī)接收到原始數(shù)據(jù)后，在確保格式正確基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，處理后做好模塊矯正工作必不可少，待模具矯正工作完畢后，通過二維成圖模式進(jìn)一步展現(xiàn)數(shù)據(jù)處理結(jié)果。高密度供電方法的應(yīng)用，其應(yīng)用期間的供電利用低頻交流供電模式，最終測(cè)量結(jié)果在地下層直接展現(xiàn)。所以，高密度電法應(yīng)用原理從應(yīng)用性質(zhì)來看與直流電阻率方法較為相似。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，工程物探期間應(yīng)用高密度電法，能滿足工程物探需求，可降低數(shù)據(jù)獲取難度，及時(shí)發(fā)現(xiàn)各類事故產(chǎn)生的原因，通過對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效分析，對(duì)地質(zhì)材料和數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)查和研究，判斷各類事故的具體情況，利用合理舉措有效解決。詳細(xì)來說，高密度電法在工程物探中應(yīng)用，常應(yīng)用在地層劃分環(huán)節(jié)、巖溶的探測(cè)環(huán)節(jié)以及管線勘測(cè)工作中，可結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境等情況，制定具體的應(yīng)用措施，依據(jù)計(jì)劃有序落實(shí)工程物探作業(yè)。此外，高密度電法在工程物探中應(yīng)用，也要結(jié)合實(shí)際情況選擇適合的采集裝置已布線，立足實(shí)際解釋探測(cè)結(jié)果，有利于強(qiáng)化檢測(cè)效果，進(jìn)一步促進(jìn)工程物探的發(fā)展。