高密度電法與超前物探在地質(zhì)勘察中的應(yīng)用比較

侯德冰

（中化地質(zhì)礦山總局湖南地質(zhì)勘查院 湖南長(zhǎng)沙 410000）

高密度電法與超前物探在地質(zhì)勘察中的應(yīng)用比較

侯德冰

（中化地質(zhì)礦山總局湖南地質(zhì)勘查院 湖南長(zhǎng)沙 410000）

科技的不斷革新，越來(lái)越多的新材料也被人們所熟知，各類(lèi)綜合物探的方式也不斷推陳出新，而高密度電法以及超前物探法作為物理勘探的兩個(gè)重要分支，近幾年在地質(zhì)物探的勘察中得到了廣泛的應(yīng)用，基于此，本文就對(duì)地質(zhì)勘察的主要任務(wù)、高密度電法以及超前物探的基本內(nèi)容進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析，并結(jié)合相應(yīng)的工程案例對(duì)兩者進(jìn)行了對(duì)比。

高密度電法；超前物探；地質(zhì)勘測(cè)；應(yīng)用比較

1 引言

使用勘探方法判斷地質(zhì)情況時(shí)，主要是依據(jù)地震波的振幅變化情況以及波的實(shí)際折射、反射情況而推斷的。在重大場(chǎng)地的工程地質(zhì)調(diào)查中，大壩、橋墩選址時(shí)，采空區(qū)以及巖溶區(qū)探測(cè)時(shí)，運(yùn)用高密度電法勘探取得的效果良好；而在地質(zhì)勘察中運(yùn)用超前物探技術(shù)則能夠提高探測(cè)的效率、準(zhǔn)確度，并減少探測(cè)的損傷。所以，必須做好高密度電法與物探方法的比對(duì)，以便更好的展開(kāi)地質(zhì)勘察工作。

2 地質(zhì)勘察工作的相關(guān)概述

2.1 地質(zhì)勘察的主要任務(wù)

在建設(shè)建筑工程前，要對(duì)擬建區(qū)域的地質(zhì)問(wèn)題，例如選擇地基、工程周邊的地質(zhì)情況以及做好后續(xù)的安全防護(hù)工作進(jìn)行全方位的考慮，并為工程建筑提供詳盡的工程地質(zhì)資料，以便后續(xù)施工更為科學(xué)合理。在地質(zhì)勘察時(shí)要做好以下幾種工作：

（1）對(duì)整個(gè)施工工區(qū)進(jìn)行全面的檢查，以便更好的對(duì)地質(zhì)資料、地質(zhì)構(gòu)造以及地質(zhì)形成的具體過(guò)程進(jìn)行有效的分析，整理出有利因素以及不利因素，選擇最優(yōu)質(zhì)的擬建場(chǎng)地，并按照所選場(chǎng)地的實(shí)際地質(zhì)條件，合理的對(duì)其進(jìn)行規(guī)劃，有效降低施工的難度，縮短施工的工期以及減少施工成本的投入。

（2）選定了建筑擬建的場(chǎng)地后，要做好場(chǎng)地的地質(zhì)勘察工作，按照建筑物的規(guī)模、類(lèi)型以及施工的主要方式，制定更為科學(xué)合理的施工方案，在施工方案中要將不良地質(zhì)可能帶來(lái)的影響包含在內(nèi)。

（3）在實(shí)際建設(shè)建筑物時(shí)，或多或少會(huì)對(duì)建筑周邊的環(huán)境以及地質(zhì)環(huán)境造成影響，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)出現(xiàn)地面塌陷的問(wèn)題，因此，為了有效確保施工安全，需要對(duì)施工過(guò)程中以及施工前后的地質(zhì)條件所發(fā)生的變化進(jìn)行詳細(xì)的預(yù)測(cè)，并制定相應(yīng)的解決措施。

2.2 地質(zhì)勘察的兩種主要方式

2.2.1 高密度電法基本概述

（1）高密度電法的原理

高密度電法的原理跟常規(guī)直流電法的原理基本相同，都是對(duì)地質(zhì)體以及圍巖的電性差異進(jìn)行分析，對(duì)電場(chǎng)的分布規(guī)律進(jìn)行研究，對(duì)工程存在的地質(zhì)問(wèn)題進(jìn)行合理的解決。而高密度法跟常規(guī)直流電法相比，更是綜合了常規(guī)電法中的電剖面法以及電測(cè)探法對(duì)地下橫向電性的變化情況進(jìn)行觀測(cè)，還能夠?qū)σ欢ㄉ疃认碌拇瓜螂娦缘淖兓闆r進(jìn)行觀測(cè)。使用高密度電法能夠采集到大量的數(shù)據(jù)，測(cè)點(diǎn)的密度較高，能夠有效彌補(bǔ)常規(guī)電法數(shù)據(jù)不足的情況，極大地提高了工作效率。

高密度電法數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要由三個(gè)部分組成，即主機(jī)、多路電極轉(zhuǎn)換器以及電極系。此方法在野外工作裝置形式比較多，總電極數(shù)跟點(diǎn)距可按照?qǐng)龅貤l件與勘察深度任意選擇，具體勘察原理流程如圖1所示。

圖1 高密度電法工作示意圖

（2）資料整理與解釋

由于高密度電法的裝置種類(lèi)較多，不同的裝置，整理資料的過(guò)程也大不相同，基于此，本文以溫納（對(duì)稱(chēng)四級(jí)）裝置為例，即選取AM=MN=NB=a，記錄點(diǎn)取在MN的中間，儀器所測(cè)視電阻率計(jì)算公式為：

其中：KAB=2×Π×a。

當(dāng)電極數(shù)為60個(gè)或者120個(gè)時(shí)，電機(jī)距選擇1～5m，最大的隔離系數(shù)選擇最16或32。采集系統(tǒng)通過(guò)儀器自動(dòng)選取A、B、M、N，并在60或120根電極中相互轉(zhuǎn)換，同時(shí)主機(jī)測(cè)試到不同位置不同層的ρs值，最終完成整條剖面的數(shù)據(jù)采集工作，根據(jù)視電阻率值的變化異常來(lái)劃分地層分布情況。

2.2.2 超前物探方法基本概述

地球物理勘探簡(jiǎn)稱(chēng)物探，能夠?yàn)殚_(kāi)發(fā)資源和保護(hù)環(huán)境提供相關(guān)的參考?，F(xiàn)階段，工程地質(zhì)勘察中廣泛的運(yùn)用了物探法，在一定程度上促進(jìn)了我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。傳統(tǒng)的地質(zhì)勘察法主要有鉆探取土和雙橋靜力觸探兩種，盡管這些方法在一定程度上對(duì)于各個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展起到了一定的促進(jìn)作用，但如果僅僅只使用一種勘察方法，難以跟勘察工程的地質(zhì)的需求保持一致，各勘察方法的作用也十分的有限，因此在實(shí)際地質(zhì)勘察中要綜合多種勘察方法，以此提高勘察的質(zhì)量。

（1）地質(zhì)超前物探勘察的原理

跟高密度電法的基本原理相比，超前物探也是通過(guò)對(duì)巖、礦山與含水地質(zhì)體之間的電性差異進(jìn)行分析，研究出地質(zhì)周邊的電場(chǎng)分布情況，只是超前物探是通過(guò)布置在巷道內(nèi)供電電極在巷道周?chē)鷰r層中建立起全空間的穩(wěn)定人工電場(chǎng)，該穩(wěn)定電場(chǎng)的特征取決于巷道周?chē)鷰r石的電性特征及其賦存狀態(tài)，再通過(guò)測(cè)量電極觀察和研究地殼周?chē)斯る妶?chǎng)的變化和分布規(guī)律，使用全電場(chǎng)理論處理和解釋?zhuān)M(jìn)而得到巷道周?chē)鷰r石中引起電場(chǎng)變化的水文地質(zhì)狀況。超前物探是研究掘進(jìn)頭前方地層變化規(guī)律，預(yù)測(cè)掘進(jìn)頭前方地質(zhì)體異常情況的一種電法探測(cè)技術(shù)。

（2）地質(zhì)超前物探勘察的特點(diǎn)

在工程地質(zhì)勘察中，超前物探方法具有以下幾點(diǎn)特點(diǎn)：

①探測(cè)的深度淺。在對(duì)工程設(shè)計(jì)進(jìn)行探測(cè)時(shí)，地質(zhì)問(wèn)題一般會(huì)發(fā)生在淺層地域，而物探方法的探測(cè)深度也在相應(yīng)的范圍內(nèi)，即所謂的幾米至幾十米，但最深不會(huì)多于百米，所以探測(cè)的深度較淺。

②探測(cè)的精確度高。通常情況下，工程建設(shè)單位對(duì)于物探方法的精度要求較高，探測(cè)的深度以及地表的位置不能夠出現(xiàn)較大的誤差，務(wù)必要將誤差控制在厘米以?xún)?nèi)。

③對(duì)于施工場(chǎng)地的要求較低。物探方法主要的內(nèi)容就是對(duì)工程地質(zhì)進(jìn)行勘察，并對(duì)地質(zhì)資料進(jìn)行分析，而這些工作一般需要耗費(fèi)幾天至幾十天不等，且對(duì)工程的危險(xiǎn)程度進(jìn)行分析時(shí)，需要在1d內(nèi)得出探測(cè)結(jié)果。

3 高密度電法與超前物探在地質(zhì)勘察中的實(shí)際應(yīng)用

3.1 工程概況

某礦8102的回風(fēng)巷在三疊下統(tǒng)沙堡灣組，巖性為灰、灰綠色泥巖，夾有少量的泥灰?guī)r及粉砂質(zhì)條帶，其中泥巖為主要的含水層。前期掘進(jìn)過(guò)程中會(huì)遇到斷層而發(fā)生突水事件，據(jù)推測(cè)其主要原因在于泥巖出現(xiàn)了滲水，所以，在進(jìn)行前方掘進(jìn)時(shí)，務(wù)必要對(duì)前方地質(zhì)條件進(jìn)行預(yù)探。

3.2 高密度電法與超前物探在工程地質(zhì)勘察中具體應(yīng)用

3.2.1 高密度電法探測(cè)

采用DZD-6型多功能激電儀和DUK-2A型高密度測(cè)量系統(tǒng)。在8102回風(fēng)巷布置勘探線(xiàn)2條，每條電極數(shù)90個(gè)，共180個(gè)電極，電極間距10m。測(cè)線(xiàn)測(cè)深均為240m，得到電阻率剖面如圖2～3。

圖2 高密度電法勘探1號(hào)線(xiàn)電阻率剖面圖

3.2.2 超前物探探測(cè)

采用YTD400（A）礦井全方位探測(cè)儀進(jìn)行超前預(yù)探，該儀器是運(yùn)用最新礦井地質(zhì)勘探技術(shù)和理論，為在井下含有爆炸性危險(xiǎn)物等特定環(huán)境下探測(cè)地質(zhì)體異常而設(shè)計(jì)的多功能礦井物探綜合勘探系統(tǒng)。本次探測(cè)設(shè)計(jì)步長(zhǎng)為4m，由于巷道情況限制，探測(cè)深度為36m。得到超前物探電阻率剖面如圖4。

圖3 高密度電法勘探2號(hào)線(xiàn)電阻率剖面圖

圖4 超前物探電阻率剖面圖

3.2.3 對(duì)比分析

剖面起伏點(diǎn)采用高精度eTrex手持GPS衛(wèi)星定位儀導(dǎo)航定點(diǎn)，保證測(cè)點(diǎn)能夠相互對(duì)應(yīng)。

（1）圖2中③號(hào)低阻異常視電阻率小于100·m，并且等值線(xiàn)呈低阻圈閉異常，推測(cè)為地下水巖溶管道異常；通過(guò)超前物探得出與圖4中的1號(hào)低阻異常完全吻合。圖4中顯示在迎頭0～4m范圍內(nèi)，異常范圍較小，強(qiáng)度較強(qiáng)，初步推斷此異常相對(duì)賦水性較強(qiáng)。

（2）圖2中②號(hào)高阻異常視電阻率大于2000·m，并且等值線(xiàn)呈高阻圈閉異常，推測(cè)為地下水巖溶空洞異常；通過(guò)超前物探得出與圖5中的3號(hào)高阻異常完全吻合。圖4中顯示在迎頭23～30m范圍內(nèi)，異常范圍較小，強(qiáng)度較弱，初步推斷此異常為巖性變化所致。

（3）圖4中2號(hào)低阻異常視電阻率在80～99·m，異常范圍較大，強(qiáng)度較弱，推測(cè)此異常為相對(duì)賦水性較弱巖體，對(duì)應(yīng)于圖3中的④號(hào)與⑤號(hào)高阻異常中間范圍，該異常可能是由于上層滲水導(dǎo)致巖性變化。

（4）圖2中①號(hào)高阻異常視電阻率大于2000·m，異常范圍較大，強(qiáng)度較強(qiáng)，與圖3中⑤號(hào)高阻異常對(duì)應(yīng)分析為前期開(kāi)采過(guò)程中留下的采空區(qū)。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，高密度電法跟超前物探法相比各有各的優(yōu)點(diǎn)，但無(wú)論哪一種勘察方式都具有一定的局限性，在進(jìn)行地質(zhì)勘察時(shí)，要善于將多種勘察方法和技術(shù)有效的結(jié)合在一起，結(jié)合工程地質(zhì)的實(shí)際水文情況，反復(fù)演算，以保證勘探結(jié)果的正確性。

[1]齊雷，陳文強(qiáng).高密度電法在隧道勘察中的應(yīng)用與思考[J].中國(guó)水運(yùn)月刊，2013，13（1Z）：215～216.

[2]楊彥龍.物探方法在工程地質(zhì)勘察中的應(yīng)用與發(fā)展[J].地球，2014（2）.

[3]李桂龍.高密度電法在巖溶地質(zhì)勘察中的應(yīng)用[J].中國(guó)西部科技，2011，10（15）：17.

P631.3

A

1004-7344（2016）07-0184-02

2016-2-25