王建軍

（安徽省水利水電勘測設(shè)計研究總院有限公司，安徽 合肥 230022）

高密度電法是人工在地下建立穩(wěn)定的直流電場，利用不同巖土導(dǎo)電性、構(gòu)造、溶洞等的物性差異,研究電流在探測的巖土層中的分布規(guī)律，達到識別、探明溶洞分布情況，是一種常見的地球物理方法。高密度電法具有一次性采集數(shù)量大、觀測精度高等優(yōu)點，既能反映地下某一深度水平向巖土體電性變化，同時能夠提供地層巖性沿縱向的電性變化，在結(jié)合地質(zhì)鉆孔資料的基礎(chǔ)上，通過視電阻率等級剖面圖識別出地質(zhì)構(gòu)造的情況，為下一步的工程地質(zhì)勘查提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。本文介紹了高密度電法在港口灣水庫灌區(qū)工程石壁山干渠5#渡槽溶洞勘探中的應(yīng)用實例以及在工程地質(zhì)勘察中的應(yīng)用。

1 工程概況

港口灣水庫灌區(qū)工程石壁山干渠5#渡槽，位于石壁山干渠樁號13+172～13+562 處，該處地形起伏較大，渡槽采用梁式結(jié)構(gòu)，全長390m，共計30 跨，基礎(chǔ)采用混凝土灌注樁，灌注樁所在位置的地質(zhì)情況將決定設(shè)計的參數(shù)。根據(jù)前期勘察資料，渡槽所在區(qū)域下伏基巖為石灰?guī)r，局部巖溶較發(fā)育，采用傳統(tǒng)鉆探手段完全查明溶洞情況，工作量較大，工期較長，故此次通過工程物探（高密度電法）手段查明下伏基巖巖溶發(fā)育情況，再結(jié)合鉆探，為繼續(xù)開展工程地質(zhì)勘查提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2 高密度電法工作原理及測線布置

2.1 工作原理

高密度電法是基于傳統(tǒng)電法理論，在計算機、信息測控等現(xiàn)代科技基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新一代電法儀器，采用陣列勘探方法，由主機、電路電極轉(zhuǎn)換器和電極系統(tǒng)組成，野外測量時將全部電極（幾十至上百根）置于測點上，自動轉(zhuǎn)換電極裝置形式、極距及測點等，即可實現(xiàn)數(shù)據(jù)高效快速的自動采集。采用數(shù)據(jù)處理軟件，通過色譜圖繪制出視電阻率等級剖面圖，可直觀形象地表現(xiàn)出地電斷面的結(jié)構(gòu)與分布形態(tài)。

其基本原理是通過直流電源給AB 極供電，形成回路，測量MN 電位差，計算視電阻率ρs的變化來判定溶洞的位置和大小。

式中，ΔU 為MN 間電位差，K 為裝置系數(shù)，I為供電回路電流。

本次采用DUK-2A 型高密度電法儀，可一次性布置60 個電極，電極距可由1m 至10m，根據(jù)探測深度、探測精度自主選擇。

2.2 工作布置

根據(jù)需求，對渡槽下伏基巖巖溶發(fā)育情況進行探測，故本次測線布置，沿渡槽軸線布置。在本次測試區(qū)域內(nèi)，垂直于測線方向有兩條混凝土道路和一條渠道。測點布置在混凝土道路，會因地表導(dǎo)電條件差影響測試數(shù)據(jù)效果；測試范圍內(nèi)的渠道，為矩形渠道，高差大，達到3m，在此處布置測點，對數(shù)據(jù)反演效果會產(chǎn)生較大影響。所以無法從渡槽起點到終點一次性布線，故將測區(qū)范圍內(nèi)，劃分為三條高密度電法測線，中間缺失兩小段，后期采用鉆探方式獲取地質(zhì)資料。測線一：起點位于槽身起點處，終點至渠道南側(cè)，沿渡槽軸線布置，測線長154m，由3 組數(shù)據(jù)拼接而成，采用溫納裝置，電極距為2m，隔離系數(shù)為16。測線二：起點位于渠道北側(cè)，終點至北側(cè)混凝土道路邊緣，沿渡槽軸線布置，測線長118m，采用溫納裝置，電極距為2m，隔離系數(shù)為16。測線三：起點位于北側(cè)混凝土道路邊緣，沿山谷往西北方向布設(shè)，測線長118m，采用溫納裝置，電極距為2m，隔離系數(shù)為16。

3 數(shù)據(jù)分析

采用GPS 測量出測線上所有電極坐標(biāo)信息，對采集到的原始數(shù)據(jù)加入地形信息，首先通過反演軟件剔除原始數(shù)據(jù)中的奇異點，然后進行二維數(shù)據(jù)反演，最后生成含地形信息的視電阻率剖面圖。通過視電阻率等級剖面圖可以看出：

測線一，淺部視電阻率低阻區(qū)域為泥質(zhì)礫卵層在雨后富水所顯示的情況，下部視電阻率較高部分為微風(fēng)化或新鮮石灰?guī)r；在24 號電極，左右各4m范圍，測線42～50m處；36 號電極，左右各6m 范圍，測線64～76m處；54 號電極，左右各4m 范圍，測線102～110m處；視電阻率剖面圖底部高阻不連續(xù)，存在相對低阻區(qū)域，疑似下附溶洞位置，溶洞內(nèi)富水，導(dǎo)致視電阻率值在剖面圖上呈現(xiàn)下降趨勢（見圖1）。

圖1 測線一視電阻率剖面圖

測線二，淺部視電阻率低阻區(qū)域為泥質(zhì)礫卵層在雨后富水所顯示的情況，下部視電阻率較高部分為微風(fēng)化或新鮮石灰?guī)r；在27 號電極，左右各4m范圍，測線48～56m處；50 號電極，左右各4m 范圍，測線94～102m處；視電阻率剖面圖底部高阻不連續(xù)，存在相對低阻區(qū)域，疑似下附溶洞位置，溶洞內(nèi)富水，導(dǎo)致視電阻率值在剖面圖上呈現(xiàn)下降趨勢（見圖2）。

圖2 測線二視電阻率剖面圖

測線三，測線0～70m，淺部視電阻率低阻區(qū)域為泥質(zhì)礫卵層在雨后富水所顯示的情況,測線下部視電阻率較高部分為微風(fēng)化或新鮮石灰?guī)r；測線70～118m 淺部為覆蓋層較薄，覆蓋層下方即為微風(fēng)化或新鮮石灰?guī)r，故呈現(xiàn)為視電阻率高阻。在28 號電極，視電阻率剖面圖呈低阻異常，疑似存在一條破碎帶，影響寬度約22m（見圖3）。

圖3 測線三視電阻率剖面圖

從視電阻率剖面圖可以看出，當(dāng)存在溶洞時，受溶洞內(nèi)低阻介質(zhì)影響，視電阻率剖面圖將出現(xiàn)不連續(xù)現(xiàn)象，出現(xiàn)相對低阻異常，后期再通過鉆孔進一步確認溶洞具體大小、深度和范圍，從而獲取準確的地質(zhì)信息。

4 結(jié)語

高密度電法在地質(zhì)勘探中使用較為廣泛，相對常規(guī)電法數(shù)據(jù)密度大、覆蓋性好，能較好地獲取目標(biāo)地質(zhì)體的特征，通過地電結(jié)構(gòu)，為鉆探提供下一步工作的方向和信息，有利于更加準確地查明地質(zhì)構(gòu)造。在高密度電法工作前，需要充分收集工程相關(guān)地質(zhì)構(gòu)造資料，了解探測區(qū)域地形地質(zhì)條件，確認具備開展高密度電法探測條件，選擇正確的測線方向、長度以及使用適當(dāng)?shù)碾姌O距和裝置形式等參數(shù)，同時要確保原始數(shù)據(jù)的準確性和計算中參數(shù)取值，這樣才能獲得有效的反演數(shù)據(jù)，達到最佳的探測效果。本次高密度電法工作，根據(jù)現(xiàn)場工作環(huán)境和對探測目標(biāo)深度的要求，共設(shè)置3 條測線，高密度電法探測數(shù)據(jù)采集效果良好，通過對視電阻率剖面圖的分析，認為剖面圖下部相對低阻區(qū)域是下部溶洞內(nèi)低阻介質(zhì)造成的影響，后經(jīng)過鉆孔揭露物探結(jié)果與溶洞實際發(fā)育位置基本一致，說明高密度電法是一種有效的地質(zhì)勘察手段，在與鉆探結(jié)合情況下，能夠快速準確地應(yīng)用在地質(zhì)勘察工作中，提高工作效率和準確性