趙顯志 王騰飛 朱永磊

（中化地質(zhì)礦山總局河南地質(zhì)局，河南 鄭州 450011）

1 直流高密度電法優(yōu)勢

直流高密度電法采用多芯電纜和多道電極人工建立地下穩(wěn)定直流電場，通過程控式多路電極轉(zhuǎn)換器，選擇不同的電極組合方式和不同的極距間隔，實現(xiàn)供電和測量電極的自動轉(zhuǎn)換、自動供電、自動觀測和自動記錄、自動計算和自動存儲，獲取地下介質(zhì)的視電阻率分布規(guī)律，進而推斷地下的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和構(gòu)造解決水文與工程地質(zhì)問題。

直流高密度電法綜合了剖面(水平)、測深(垂直)兩方面的信息，測點密、信息量大，提高了電性的分辨能力，又減少了人為影響因素，提高了工作效率。帶地形的電阻率層析成像技術(shù)，使得視電阻率剖面直觀地反映地下介質(zhì)的電性變化。為地質(zhì)推斷解釋帶來了極大的方便。120道的高密度電法，橫向的分辨率高，多種裝置可供選擇以適應(yīng)解決不同的地質(zhì)問題。高密度對淺層良好的適應(yīng)性，可用于探測基巖面起伏、土層中的“擾動”低阻區(qū)，基巖內(nèi)的采空區(qū)或強裂隙發(fā)育帶。該方法的原理是利用隨供電電極距AB的逐漸增大和測量電極MN的移動，來達到測深和測剖面的綜合效果。高密度電法集合了電阻率剖面和電阻率測深的綜合優(yōu)點，采用高密度布置電極的方式采集數(shù)據(jù)，達到高精度解決地質(zhì)問題的目的。由儀器的先進設(shè)計及資料處理能力及高密度電法儀，能快速而準確地獲得豐富的地電信息。

2 直流高密度電法的實現(xiàn)過程

2.1 工作方法

根據(jù)物探勘探目的，采用直流高密度電阻率溫納裝置和施倫貝謝爾裝置裝置測量。電極排列見圖1。

圖1 高密度變剖面連續(xù)滾動測量斷面示意圖

測量時，AMNB為一個電極間距1米不動得到得到一個測深點；接著A、M、N、B同時向右移動一個電極間距，同樣測量；這樣不斷掃描測量下去，得到倒立梯形斷面。

本次工作使用重慶奔騰數(shù)控技術(shù)研究所生產(chǎn)的以WDJD-4多功能數(shù)字直流激電儀為測控主機，配以WDFZ-120多路電極轉(zhuǎn)換器構(gòu)成高密度電阻率測量系統(tǒng)，工作方式為集中式排列如圖2所示。

圖2 野外高密度測量系統(tǒng)

按照不同的地形與地貌，沿地形線的測點間距1m。由于每條剖面長度不近相同，即電極個數(shù)120根，選擇隔離系數(shù)根據(jù)要求測量深部不同而定。供電時間T=2mS，接地電阻小于1000Ω。供電電源使用450伏電池箱組并聯(lián)，供電電流穩(wěn)定。

使用上述儀器及設(shè)備對工區(qū)進行了測量，為了保證觀測質(zhì)量，對測量中出現(xiàn)的個別畸變點和異常點進行了重復觀測。為保證測量精度，采取的具體措施如下：

（1）開工前，必須對用于生產(chǎn)的儀器的技術(shù)指標進行測試，只有技術(shù)指標完全符合規(guī)范要求的儀器方可用于野外生產(chǎn)。

（2）盡量提高供電電源電壓，采用三箱蓄電池組箱串聯(lián)供電，供電電壓450v。為防止漏電，采用絕緣性能好的專用電纜為AB供電電線。

（3）觀測之前，首先通過儀器檢查各電極的接地情況，對于接地電阻大于1000Ω者，改善接地條件，打深、澆水或適當移位，保證所有電極接地條件良好方可開始進行測量，以保證較大的供電電流和取得信號的質(zhì)量。

2.2 方法試驗

2.2.1 供電極距實驗

由于目標體較小，深度較淺，首先考慮到的點距是1～2m，在同一條測線布設(shè)1m和2m供電極距，試驗結(jié)果見圖3（上圖為2m點距，下圖為1米點距），通過結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，異常形態(tài)整體一致，但是1m點距異常更明顯、更細致。

圖3 1m、2m點距試驗視電阻率擬斷面圖

2.2.2 已知鉆孔試驗

在開工前，首先選擇已知轉(zhuǎn)孔上進行試驗對比，在確定電極距為1m的前提下，選擇具有代表性的50#鉆孔和14#鉆孔進行方法試驗，主要裝置選擇為溫納、施倫貝謝爾，偶極三種方式，圖4是50#鉆孔的實驗擬斷面圖，結(jié)合50#鉆孔資料可以看出，在深度4m左右出現(xiàn)被黏土充填的溶洞，洞高1m左右，從圖中可以看出，在此深度，三種方法均有低阻異常出現(xiàn)。

圖4 50#鉆孔方法實驗視電阻率擬斷面圖

圖5是14#鉆孔的實驗擬斷面圖，結(jié)合14#鉆孔資料可以看出，在深度4m左右出現(xiàn)被黏土充填的溶洞，洞高1m左右，從圖中可以看出，在此深度，三種方法均有低阻異常出現(xiàn)。由于各個裝置在異常體反映及范圍大小上均有不同的優(yōu)勢，通過實驗對比后，三種裝置在本工作區(qū)對于低阻異常上均有反映，由于偶極裝置測量深度較淺，所以本次工作最終確定測量極距為1米，裝置類型為溫納裝置和施倫謝貝爾裝置相結(jié)合。

圖5 14#鉆孔方法實驗視電阻率擬斷面

2.2.3 解釋驗證

為了驗證其物探效果，在大面積投入工作后，為了驗證推斷解釋的準確率，在推斷解釋的異常上，隨機選取異常進行工程揭露，初步驗證兩處異常，與物探推斷解釋相符。下圖6是某基坑1線擬斷面與已知地質(zhì)斷面的對比圖，從圖上可以清晰看出，紅線為基巖起伏界面，沿測線方向30米以西基巖埋深較淺，向東逐漸加深，在35、42和47出現(xiàn)三個低阻區(qū)域，推斷為黏土泥質(zhì)填充，在這三個位置發(fā)現(xiàn)三個大小不等的窩狀黏土聚集，與地質(zhì)斷面較為吻合。

圖6 高密度電法擬斷面與已知地質(zhì)斷面的對比圖

經(jīng)過對本次直流高密度視電阻率測深12條剖面系統(tǒng)質(zhì)量檢查，質(zhì)量檢查采用重新布線布極的方式，質(zhì)量檢查剖面長度占總剖面長度的11.7%。經(jīng)過統(tǒng)計計算，均方相對誤差M=±3.13%，符合規(guī)范要求，說明質(zhì)量可靠。

結(jié)束語

經(jīng)過前期地質(zhì)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在本基坑工作區(qū)大部分溶洞經(jīng)過后期的地下水搬運過程，溶洞已經(jīng)被黏土或者黏土夾雜少量碎石所填充。而后期填充的黏土與圍巖相比較屬于低阻異常，通過方法試驗和地質(zhì)斷面的驗證對比，證明了在此開展直流高密度電法是可靠有效的工作方法。