試述高密度電法在水文地質和工程地質中的應用

張云峰

（中冀石化工程設計有限公司　河北　071000）

試述高密度電法在水文地質和工程地質中的應用

張云峰

（中冀石化工程設計有限公司河北071000）

高密度電法具有數(shù)據(jù)采集量大、分辨率高、工件效率高的特點，如今已被越來越廣泛的運用。隨著地球物理反演技術不斷發(fā)展，高密度電法電阻率成像水平從過去的一維發(fā)展到了三維。在水文地質及工程地質勘察中，高密度電法能更加快速、有效的為地質人員提供前期資料。高密度電法得到了越來越普遍的關注。

高密度電法；水文地質；工程地質；應用

作為一種新型的電探技術，高密度電法借助于介質電性之間的差異，用于勘探天然以及人工電場的變化規(guī)律。該方法的測量密度點比較高，能夠得到較大的信息量，可以廣泛應用于各類水文地質以及工程地質的勘查方面。例如管線探測工作，地下水找尋工作，探測采礦區(qū)域以及劃分不同類型的地層等工作。高密度電法在進行水文地質測量的時候，可以降低電磁的干擾作用以及故障的發(fā)生幾率，有助于提高地質勘查的準確性以及效率。

1　高密度電法的運行原理、優(yōu)點及工作方法

高密度電法的運行原理類似于普通的電阻率法，主要不同點在于高密度電法是一種陣列式的勘探方法，在實際操作的時候其觀測點的密度相對較高。高密度電法主要集中了電剖面法和電測探法，在進行野外測量的時候，高密度電法能夠在剖面上將所有的電極進行集中，然后采用程控電極轉換開關和微機工程電測儀等，快速自動采集剖面上不同電極距和不同電極排列方式的數(shù)據(jù)。高密度電法的主要優(yōu)勢有：

（1）一次性完成的電極排列，減少了故障和干擾對電極影響和提高了效率。

（2）可以選擇各種不同的電極布置。

（3）可以得到豐富的地電斷面的信息，實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集的自動化或半自動化。

（4）提高數(shù)據(jù)采集的速度，不用手動以避免失誤。

（5）地球物理反演方法，高密度電阻率成像信息技術的發(fā)展，從發(fā)展的一維和二維到三維，極大地提高了地電數(shù)據(jù)解釋的準確性。

現(xiàn)場測量，它是布置測量線和測量點，預先選定后，所有的電極設置在一定的間隔的測量點上，然后通過轉換裝置所需的特殊的電極，這些電極組合成指定的電極的裝置和電極間距，各種電極裝置的觀察和多電極距觀察在觀測剖面電阻率法的多個測量點迅速完成。再配上相應的數(shù)據(jù)處理，繪圖和解釋軟件，能及時完成地質勘探任務。

其中，配置在高密度電勘探溫納裝置α的最小間距系數(shù)nmin=1，最大間距因子nmax=16。由兩個主要部分組成，數(shù)據(jù)前處理和數(shù)據(jù)反演處理。

數(shù)據(jù)前處理主要包括：編輯視電阻率值，不含失真的數(shù)據(jù)。組成由多個測量的橫截面進行拼接。添加到的數(shù)據(jù)文件中的每一個相對應的電極的平面上的坐標。對于地形變化較大橫截面，海拔坐標被添加到數(shù)據(jù)文件中，以備反演處理時地形校正。經過對該領域所收集數(shù)據(jù)的反復計算之后，所收集數(shù)據(jù)就轉換為電阻率的關系。

反演處理包括：建立最初的二維地電模型，根據(jù)地質調查數(shù)據(jù)選擇反演參數(shù)（阻尼因子，迭代次數(shù)，收斂極限），然后用最小二乘反演計算方法，以查看反演結果。最后地形校正，最終的地下地電斷面用于地質解釋。

2　高密度電法在水文地質和工程地質中的具體應用

通過以上的分析我們得知，高密度電法具有簡便，經濟，勘查結果精確，勘查速度，應用范圍廣等眾多優(yōu)點。高密度電法在水文和工程地質勘探工作中被極為廣泛的應用。例如可以采用高密度電法進行大壩穩(wěn)定性評價、壩基滲流的探測，可以用以探測電站大壩基巖面的起伏，進行高速公路高架橋，高層建筑的選址，洞穴、涵洞的探測，巖土工程勘察，以確定湖河道、地下墓穴的分布和深度等等。接下來，筆者僅從海堤砌石體深度探測以及地下水探測兩個實例方面來分析高密度電法的具體應用：

2.1海堤砌石體深度探測

利用高密度電法測試海堤砌石體的深度。測試區(qū)域內的堤防工程主要建筑在基礎為拋石的地基上，并且地基結構屬于土石混合型，迎水面方向主要是類似于直立的漿砌石擋墻，墻體后方為人工填土，此外，人工填土的下層主要由淤泥、淤泥夾薄層粉細砂以及含泥細砂層等組成。針對以上工程地質情況，我們采取高密度電法來勘測拋石層堤的擠淤深度以及橫斷面的具體形態(tài)。具體步驟為先在堤軸線位置布設高密度電法的剖面，且依據(jù)控制拋石層橫斷面形態(tài)的要求來設置測線之間的間距。測試結果顯示，電阻率由高到低分為3層，起伏不大。依據(jù)施工現(xiàn)場的高密度電法的測試結果以及工程地質相關資料進行分析計算。比如，我們將拋石以及填土的劃分依據(jù)設置為30～40Ω·m，將填土、淤泥、淤泥夾薄層粉細砂以及含泥細砂層的劃分依據(jù)設置為小于l0Ω·m。則經過分析計算后得知，砌石層的厚度大約為6.0m，填土的厚度大約為2.0～4.0m高程以下為淤泥、淤泥夾薄層粉細砂或含泥中細砂層。

2.2高密度電法勘探地下水

該應用實例主要為利用高密度電法來勘探地下水。經過實地勘察得知某地區(qū)的地質類型屬于花崗巖，由于工業(yè)污染該區(qū)域淺層水無法飲用。為了解決當?shù)鼐用竦娘嬎畣栴}，需要在該地質區(qū)域內打一口深水井。依據(jù)該工程地質的情況，我們選取一處進行測試，測試區(qū)域類的地質構造相對較為簡單且多屬于丘陵地形，地層巖石分布主要有玲瓏花崗巖以及第四系的地層。第四系的地層的主要成分為粉土、砂和卵石，地層深度僅有數(shù)米，厚度相對較薄，且分布位置躲在山腳以及溝谷區(qū)域。大部分的范圍主要分布著玲瓏花崗巖，且呈現(xiàn)出大面積的裸露現(xiàn)象，僅有小部分的花崗巖分布在山腳以及溝谷里面。僅推測地下水位的深度約為100m。所測區(qū)域內巖石的電阻率為，第四系地層的電阻率約為30～250Ω·m；風化破碎的花崗巖的電阻率主要為500～1000Ω· m；完好的花崗巖的電阻率則高于1500Ω·m通過這些基礎數(shù)據(jù)的收集，確定該地址區(qū)域能夠采用高密度電法進行測探。我們采用高密度電法開始進行實地勘查，首先依據(jù)該地區(qū)的地形地貌選擇一種較為平坦的區(qū)域進行操作，然后在該區(qū)域大致垂直的NNE方向上布設兩條測試線，且測試線長度均為500m，將電極距離設置為5m，點距間距設置為5m，電極設置為101根。此外利用溫奈爾設備將測試的深度設置為1～33a之間。布設完畢之后開始進行實地測量，測量結果為異常電阻現(xiàn)象主要發(fā)生在320～ 350m水文斷面位置，且寬度大約為30m左右，屬于垂直發(fā)育狀態(tài)，電阻率等級相對較低。異常電阻垂直的方向深度超過100m。另外一條測試線測試的結果與第一條側向的結果接近，偏離巧度。因此，我們推斷這條電阻的異常帶就是我們所要尋找的構造裂隙帶，若在該裂隙帶內部布置深井，成功的概率較大。經過以上的探測以及相關的推斷，工作人員在第一條測試線330m的位置確定了深井的鉆井位置，且孔深達到了211.02m。測試完畢之后開始鉆井并抽水檢測，并和相關水質標準進行比較，確定了該水質完全符合飲用水的標準，可以進行深井的開挖工作。

通過以上兩個實例的分析，我們可以看到高密度電法在壩堤深度測試以及地下找水工程中的具體應用。該方法施工相對簡便，經濟成本較低，且探測的結果準確率較高，能夠用于指導相關工程活動的開展，為水文地質以及其他工程地質類活動提供的基本的依據(jù)和相關參數(shù)，顯示了其極大的優(yōu)越性能。

3　結束語

高密度電法作為一種新型的電探技術，其通過高密度的觀測點，能夠實現(xiàn)對水文地質以及工程地質的勘查和探測，在工作的時候能夠有效降低電磁的干擾以及故障，勘查結果準確，誤差小，且勘查的速度快，效率高。隨著科學技術的不斷發(fā)展和進步，高密度電法也應該積極結合當前先進的科學技術，不斷完善不斷發(fā)展，從而能夠更好的指導各類工程實地勘查工作。

[1]戴前偉，部曉勇，王鵬飛.超高密度電法的模型響應對比分析研究[J].工程地球物理學報，2013，10（03）.

[2]戴云峰，周志芳，劉冰.高密度電阻率法在山前沖積平原地層勘察中的應用[J].水文地質工程地質，2012，39（03）.

[3]王玉玲，能昌信，王彥文，等.電阻率法污染探測中兩種反演算法比較[J].地球物理學進展，2012，27（04）.

P631.3

A

1673-0038（2015）39-0240-02

2015-9-6