淺析高密度電法在高速公路勘察中的應用

白曉麗 胡越 陳毓翯

【摘 要】與直流電法相比，高密度電法具有效率高、成本低、信息量大的優(yōu)勢。對采空或塌陷區(qū)的位置和埋深進行探測，運用高密度電法數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)反演，可有效地查明地下目標體的埋深、分布范圍及斷裂分布規(guī)模情況，可為設計等提供可靠依據(jù)。通過具體工程敘述高密度電法在高速公路勘察中的應用，介紹高密度電法數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)反演等的基本原理及其對采空或塌陷區(qū)的位置和埋深的探測，斷裂分布規(guī)模情況的確定，表明高密度電法在高速公路勘察中的應用有效性。

【關鍵詞】高密度電法 公路工程勘察 應用

1 高密度電法的工作原理及特點

高密度電法屬直流電阻率法，其基本原理與常規(guī)電阻率法相同，是以被勘測的地下目標與其周圍介質間存在的電性差異為基礎進行勘探的物探技術。

高密度電法進行二維地電斷面測量，兼具剖面法與測深法的功能。能有效的進行多種電極排列方式的掃描探測，可獲得較豐富的關于地電斷面結構特征的地質信息。能較直觀、準確地反映地下電性異常體的形態(tài)，是多種排列的常規(guī)電阻率法與資料自動反演處理相結合的綜合方法。以巖土體導電性差異為基礎，其電極布設是一次完成的，減少了因電極設置而引起的故障和干擾。具有點距小、采樣密度高的特點。

2 高密度電法在高速公路勘察中的主要作用

在高速公路的勘察中，高密度電法可用來解決巖溶、采空區(qū)、塌陷區(qū)等災害地質體的探查問題；斷層斷裂帶的規(guī)模、傾向、傾角，巖石接觸帶（面）的圈定等的構造勘察問題；解決覆蓋層厚度及風化層劃分的輔助地質分層問題。在解決這些問題方面，高密度電法可以達到理想的效果。

3 高密度電法高速公路勘察中的工程實例

高密度電法野外工作裝置形式較多，測線布置情況需根據(jù)工作任務和場地條件，來選擇布置工作電極極距、總電極數(shù)。

該工程的任務是查明高速公路出口地下采空或塌陷區(qū)的位置和埋深及隱伏斷裂分布情況。該塌陷或采空區(qū)充填有水，為低電阻率，使用高密度電法可將其區(qū)分。

3.1 工程測區(qū)基本地質概況

工程測區(qū)是一處廢棄的鐵礦舊采坑，淺部有大約10米厚的回填土，在回填土下方大約20米位置存在采空區(qū)或采空塌陷區(qū)，測區(qū)邊部有距地表20～25米深度的豎井，積水約5米深，積水通過巷道與采空或塌陷區(qū)相連。測區(qū)附近為低山丘陵地貌，地勢起伏中等。

3.2 數(shù)據(jù)處理和解釋

在數(shù)據(jù)處理過程中，首先進行數(shù)據(jù)圓滑處理。數(shù)據(jù)圓滑處理一般采用壞點切除和滑動平均等。測量工作中產生壞數(shù)據(jù)點原因，可能源于某個電極的連接失敗、土壤干燥致使電極接觸不良、環(huán)境潮濕而引起的電極之間短路等。這些壞數(shù)據(jù)點的視電阻率值通常比相鄰點奇高或奇低，為了不影響反演獲得的模型和原始數(shù)據(jù)的成圖，對這些壞數(shù)據(jù)點的最好方法是剔除它們或對它們進行處理。

圓滑處理后的數(shù)據(jù)文件進行反演。反演解釋是提高高密度電阻率法資料解釋質量的重要方法之一，目前常用的方法是計算機自動二維反演，高密度電阻率資料二維反演程序是基于圓滑約束最小二乘法的計算機反演計算程序。反演程序使用的二維模型是將地下空間分為許多模型子塊，確定這些子塊的電阻率，使計算出的視電阻率值與實測值相吻合。

進行數(shù)據(jù)成圖，來反映測區(qū)的地電結構特征。高密度電阻率剖面一般采用擬斷面等值線彩色圖或灰度圖表示，這樣能直觀和形象的反映地電結構特征，顯示地電斷面每一測點的視電阻率的相對變化。

根據(jù)反演結果，在該工程測區(qū)40～60m范圍出現(xiàn)低阻異常帶，結合地質條件，推斷淺部低阻異常帶為回填土。在深部15m～30m范圍內低阻異常帶，分析由采空或塌陷地質體引起。測區(qū)50～100m大范圍的低阻異常由回填土、巖石磁鐵礦化及磁鐵礦體引起，深部沒有采空或塌陷情況。在地表40m處形成一個向深部傾斜的窄帶，電阻率相對較低，為斷裂引起的電性結構變化，推斷為斷裂破碎帶。后經鉆孔驗證，高密度電法推斷的結果與鉆孔數(shù)據(jù)基本一致。

4 高密度電法的應用效果

與傳統(tǒng)的電阻率法相比，高密度電法成本低、效率高，信息豐富，解釋方便。應用結果表明，目前工程地質勘察中高密度電法比較適合探明地下采空或塌陷區(qū)情況、斷裂破碎帶的存在與否和產狀特征等。

高密度電法大數(shù)據(jù)量數(shù)據(jù)采集為高精度反演成像提供了可靠的保證，能較直觀、形象地反映地下采空區(qū)異常的埋深、分布范圍等，地質效果良好?？捎行У夭槊鞯叵履繕梭w的埋深及分布范圍，為相關的設計處理提供依據(jù)。

參考文獻：

[1] 王興泰.工程與環(huán)境物探新方法新技術.北京：地質出版社，l996.13l-139.

[2] 鄧居智，劉慶成，莫撼.高密度電阻率法在水壩隱患探測中的應用[J].工程勘察，2002（6）：62～64.