对高密度电法在工程勘查应用中的探讨

对高密度电法在工程勘查应用中的探讨
杨国华
摘要:高密度电法在工程勘察中得到了广泛的应用，已成为工程物探的一种主要方法之一，下文就高密度电法在工程勘察中的应用展开了探讨。
1方法技术简介
高密度电阻率法与常规直流电法的基本原理相同。高密度电阻率法是一种阵列式电阻率测量方式，它集中了电剖面法和电测深法，装置选择上可采用二极装置（AM）、三极装置（AMN）、联合剖面装置（AMN∞MNB）、对称四极装置（AMNB）、偶极装置（ABMN）和微分装置（AMBN），在电极的选择上按一定的方式组合后构成测量系统。该系统与普通电阻率法不同的是在观测剖面上设置密度较高的观测点，在实际测量时，利用电极转换开关将每4个电极进行组合，从而在一个测点上获得不同深度的测量参数。高密度电法布极方式如图1，其中A、B极为供电电极，M、N为测量电极。

各测点视电阻率值ρs=K×△U/I，其中△U为M和N之间的电位差，I为供电电极（A、B）的供电电流，K为装置系数。通过不同测点以及不同极距的观测，可获得剖面上地层电阻率的分布情况。
2实例分析
2.1岩溶、采空区探测
岩溶个体的发育是无规律的，但其岩溶带或地下河的发育一般是有一定走向的，岩溶洞穴一般以空腔（无水）或充水或充填泥（砂）的形式存在，充填水或泥（砂）等相对于灰岩（或白云岩）来说是明显的相对低阻，因此往往表现为明显的低阻异常，该类异常容易识别；但如果岩溶洞穴为空腔（无水、泥砂充填）时，洞穴反映的是很高的电阻率，而完整灰岩体（特别是致密灰岩）的电阻率也很高，由于灰岩中裂隙往往较发育，而局部形成完整灰岩体，也会形成局部的相对高阻，因此难以判别，会形成一些假像。对于该类异常的判别，应该要结合场地的地质条件，特别是地下水水位情况，如高阻异常位于水位之上方，根据高阻异常闭合圈的规模以及形态结合场地岩溶的一般发育规律，一般可判定异常的性质。如果高阻异常明显位于水位下方，则不会是岩溶引起的异常，这时岩溶应表现为低阻异常。
对于废弃多年的采空区，如有的地段已充盈地下水或已坍塌（多是废弃的采空区），往往表现为低阻特征；有些地段保持原有形态，且没有地下水，则表现为相对高阻特征。利用这些特征可以确定场地的采空范围以及塌陷位置，见图2，相对高阻异常部位为采空区域，低阻异常位置为充盈地下水或浅部垮塌区域。

2.2滑坡勘查
所谓滑坡就是处于陡峭坡地上的土体或岩体，由于岩土体内部存在结构面或软弱面，在自重作用下使其失稳而引起滑移，由于滑动往往形成滑动面。有些滑动面存在土体中，有些存在岩体中。图3为一滑坡体主滑向勘查剖面视电阻率等值图，从视电阻率等值线剖面图上看，在约10 m深度处存在一低阻带，局部阻值更低，表现为局部低阻闭合圈。单就电法解释剖面图上看，判断低阻带处于覆盖层中还是岩体中，尚不能判断；通过结合地震折射波法勘查结果，推断覆土厚度约为3～5 m，强风化和弱风化岩体界线大约位于12～15 m，因此，判断低阻带发育于强风化岩层中。勘查时正值丰雨季节，强风化岩层中发育的网状裂隙储存了丰富的水份形成低阻带，由于处于饱水状态，加之岩体破碎，因此认为，处于低阻带中心连线是形成滑动面的最薄弱的、有利地带。图4为钻探结果剖面图，根据钻探揭示，滑动面发育于强风化岩体中，深度与物探解释结果基本吻合，因此可知，高密度电法在该场地滑坡体的勘查中取得很好的效果。针对滑坡区域，布置了纵横共5条物探勘查剖面，为滑坡的治理方案提供了准确资料。

2.3岩性分界和断层探测
图5为某一水利枢纽坝址的电法勘查剖面视电阻率等值线图，是经过对原始数据进行地形改正并进行多次迭代反演的结果，从反演结果与地质勘察结果（见图6）对比，发现在剖面的190点处（即地质界线位置），往小号一侧为粉砂质泥岩，其电阻率值相对较高，而往大号侧泥岩电阻率相对低；另外，水体和砂卵石层电阻率值也较泥岩高，与粉砂质泥岩接近。从ZK6-1钻孔上发现在深度60~65 m段岩芯较破碎，其对应于岸堤附近的断层，认为断层向河中延伸，但电阻率等值线上相应位置未发现明显异常，表明在低阻地层中较难探测到较小规模的断层，只能基本区分粉砂质泥岩及泥岩这些近似岩性的差异。而对于较大型的断层，或者发育在较高阻区的小规模断层，高密度电法效果比较好。

2.4地形或地表不均匀形成的异常的判断以及排除干扰的方法
在灰岩地区，特别在一些基岩局部裸露或埋藏浅的地段以及局部地形突变（沟坎等），形成的地表起伏常常对电法观测结果造成较大影响（如形成假异常），以至于对资料解释工作造成较大的难度。下图为某地电法勘查成果图，在踏勘布极时，发现在102号点附近发育有一条宽约2 m、深约6 m的溶沟，该溶沟形成的负地形在电阻率等值线上形成了高阻异常带。为了消除影响，分别采用了三级测深装置和温纳装置。从图7~9中可看出，图7视电阻率等值线图（采用三极测深装置，供电极处于沟坎处）中，在102点处有一地形突变（沟坎）引起的高阻异常，往小号一侧出现由沟坎引起的高低阻相伴异常，图8视电阻率等值线图（亦采用三极测深装置，但测量电极处于沟坎处）则在右侧出现沟坎引起的高低阻相伴异常，而在图9图（采用温纳装置）中可反映出负地形下方未受地形影响的信息。由上述可看出，通过采用不同装置的观测方法，可以有效避开地形、地表不均匀的影响，从而获取有效的探测信息。