高密度电法在工程地质中的应用与研究
作者：黄科辉 周志涛
来源：《城市建设理论研究》2013年第12期
        摘要：经过长时间的发展，我国的电法勘探技术在基础理、方法技术和应用方面都取得巨大的发展，在工程地质中，电法正发挥着重要作用，本文针对目前我国普遍应用的高密度电法勘探方法进行探讨，以及高密度电法在工程地质中的研究应用。
        关键词：电法勘探；高密度电法；
        中图分类号：K826.16 文献标识码：A 文章编号：
        高密度电法具有小点距、数据采集密度大、施工效率高和分辨率高的特点，在工程地质、管线探测、物探水、岩溶及地质灾害调查等工程地质勘察中已逐渐成为常用的方法。
        高密度电法
        1．1基本原理
        其原理为常规电法勘探原理。因此电阻率剖面法的装置均可用于高密度电阻率法，常用于场地勘察、公路及铁路隧道选线、坝基及桥墩选址、采空区及地裂缝调查、水库渗漏研究、地下水污染调查等环境地质，与传统电阻率法相比快速、高效、自动化、获得的地电信息更丰富。
        高密度电阻率法的物理前提是地下介质间的导电性差异。它通过A，B电极向地下供电流J，然后在M，N极间测量电位差△V，从而求得该记录点的视电阻率值 ρS=K△V／I。根据实测的视电阻率剖面，进行计算、处理、分析，便可获得地层中电阻率的分布情况，从而可以划分地层、圈闭异常等。现场测量使用的仪器是IYZD-6A多功能直流电法仪，使用的方法是a～排列(温纳)，该装置适用于固定断面扫描测量，电极排列示意图如图1所示。
       
        图1 电极排列示意图
一般使用的分辨率的显示密度是多少dpi
        1．2工作流程
        高密度电法数据采集系统由主机、多路电极转换器、电极系三部分组成。多路电极转换
器通过电缆控制电极系各电极的供电与测量状态；主机通过通讯电缆、供电电缆向多路电极转换器发出工作指令，向电极供电并接收、存贮测量数据。高密度电阻率法工作时，其供电电极与测量电极是一次性布设完成的。通常情况下，经由仪器的电极转换开关控制，排列中的某两根电极既作为供电电极AB，在下一组组合测量时又要作为测量电极MN。我们在工作时，总希望探测深度要深(即AB要大)，又不会漏掉小的异常体(即MN要小)。要提高横向分辨率，就要牺牲它的探测深度，反之亦然。所以在设计极距时，既要充分考虑探测深度，又要兼顾横向分辨率。
        1．3资料处理
        高密度电法的数据处理主要包括两大部分，即数据预处理和数据反演处理。数据预处理主要包括：编辑视电阻率值，对突变点和噪声引起的畸变数据进行剔除；对由多个测量断面组成的剖面进行拼接，把各电极所对应的平面坐标添加到数据文件中。高密度电法装置类型较多。各种装置的不同其资料整理过程也不尽相同。在此以温纳(对称四级)装置为例，即选取AM=MN=NB=a，记录点取在MN的中间，仪器所测视电阻率计算公式为：
        ps=(KAB × △UMN)I，其中KAB=2xII×a
        工作电极数为60或120个，电极距选1~5m。最大隔离系数选16或32。采集系统通过仪器自动选取A、B、M、N-并在60或120根电极中相互转换。同时主机测试到不同位置不同层的ps值。最终完成整条剖面的数据采集工作，根据视电阻率值的变化异常来划分地层分布情况。
        二、高密度电法的应用
        2．1高密度电法在地下空洞探测的应用
        目前越来越多的工程建设项目遇到地下采空区的探查问题。地下采空区引起的地面沉陷，是工程建设的隐患，已成为一种较典型的地质灾害问题，查明地下采空区的埋深及分布范围，对地下采空区的处理就显得十分重要。本勘查区内主要岩层的电性特征为：上层第四系主要为黄土层，电阻率值较高，下层煤系地层呈相对低阻层。煤层被开采后，随着时间的推移，采空区上方岩层在重力作用下发生塌陷，造成煤层上覆岩体失去原有的平衡状态，首先破坏了岩石的完整性和连续性，致使岩层破碎和出现大量的空隙和裂隙，故该处电阻率会偏高于完整岩石处的电阻率。对采空区进行了灌浆处理后，则采空区部分的电阻率会明显低于周围完整岩石的电阻率，表现出一定的低电阻率特征，如图2所示。由以上分析可知，测
区内各地层及岩层之间均有明显的电性差异，标示了注浆体的绿及淡绿部位即为勘察目的层位。
       
        图2 采空区灌浆检测电阻率断面图
        2．2高密度电法在地下管线探测的应用
        由于早期城市地下管钱网未进行合理规划，加之大多地下管线规划图纸遗失，等后期进行城市地下管线网改造时就很难准确知道地下管线的具体位置，施工时就会不可避免地发生事故，影响施工进度。所以，在市内进行开挖工程前，能够明确城市地下管线的情况是非常重要的。高密度电法对地下管线的探测具有较好的应用效果。普查区内埋有地下输水管道，由于输水管道为金属，加之管道内流体均为低阻良导体，故在电性上与周围土层有明显的电性差异，具备地球物理勘探的前提条件。垂直管线剖面进行了三次高密度电法测量，通过对连续测量的三个电阻率剖面的分析，能明显确定需要勘查的管线位置，在断面图上表现了圆形剖面并呈现出连续性。通过开挖。其测试结果得到证实，开挖结果和解译结果一致。
       
        2．3高密度电法在堤防隐患探测的应用
        高密度电法在堤防隐患探测的应用具有较好的效果。当堤防存在隐患时，如不能明确其存在位置，会给防洪防汛带来巨大的压力，甚至会威胁周围人民众的生命安全。所以，能有效的探测并排除提防隐患是非常重要的。本次勘查黄河某处堤防隐患，通过对实测电阻率数据反演处理后，显示出堤内裂隙的位置及深度，对堤防隐患的治理指明了方向。
       
       
        结束語
        高密度电法由于其高效率、深探测和精确的地电剖面成像，成为水文和工程地质勘察中最有效的方法。考虑到该方法的分辨率不高。在具体的应用中可以结合其他电法勘探、电测井等方法，达到精细地质解释的目的。
        参考文献
        [1]刘康和，等．高密度电阻率法的试验[J]．勘察科学技术，1992，02．
        [2]冯国磊．高密度电法在工程勘察中的应用[J]．山西建筑，2007，33(4)．
        [3]祁曾云．高密度电法在工程勘察中的应用实例[J]．西北水电，2007(4)．