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（中冀石化工程設(shè)計(jì)有限公司　河北　071000）

試述高密度電法在水文地質(zhì)和工程地質(zhì)中的應(yīng)用

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（中冀石化工程設(shè)計(jì)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(diǎn)，如今已被越來越廣泛的運(yùn)用。隨著地球物理反演技術(shù)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(zhì)及工程地質(zhì)勘察中，高密度電法能更加快速、有效的為地質(zhì)人員提供前期資料。高密度電法得到了越來越普遍的關(guān)注。

高密度電法；水文地質(zhì)；工程地質(zhì)；應(yīng)用

作為一種新型的電探技術(shù)，高密度電法借助于介質(zhì)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(cè)量密度點(diǎn)比較高，能夠得到較大的信息量，可以廣泛應(yīng)用于各類水文地質(zhì)以及工程地質(zhì)的勘查方面。例如管線探測(cè)工作，地下水找尋工作，探測(cè)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(jìn)行水文地質(zhì)測(cè)量的時(shí)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(zhì)勘查的準(zhǔn)確性以及效率。

1　高密度電法的運(yùn)行原理、優(yōu)點(diǎn)及工作方法

高密度電法的運(yùn)行原理類似于普通的電阻率法，主要不同點(diǎn)在于高密度電法是一種陣列式的勘探方法，在實(shí)際操作的時(shí)候其觀測(cè)點(diǎn)的密度相對(duì)較高。高密度電法主要集中了電剖面法和電測(cè)探法，在進(jìn)行野外測(cè)量的時(shí)候，高密度電法能夠在剖面上將所有的電極進(jìn)行集中，然后采用程控電極轉(zhuǎn)換開關(guān)和微機(jī)工程電測(cè)儀等，快速自動(dòng)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(shì)有：

（1）一次性完成的電極排列，減少了故障和干擾對(duì)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(shí)現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集的自動(dòng)化或半自動(dòng)化。

（4）提高數(shù)據(jù)采集的速度，不用手動(dòng)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(shù)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(zhǔn)確性。

現(xiàn)場測(cè)量，它是布置測(cè)量線和測(cè)量點(diǎn)，預(yù)先選定后，所有的電極設(shè)置在一定的間隔的測(cè)量點(diǎn)上，然后通過轉(zhuǎn)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(cè)剖面電阻率法的多個(gè)測(cè)量點(diǎn)迅速完成。再配上相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理，繪圖和解釋軟件，能及時(shí)完成地質(zhì)勘探任務(wù)。

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(gè)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(gè)測(cè)量的橫截面進(jìn)行拼接。添加到的數(shù)據(jù)文件中的每一個(gè)相對(duì)應(yīng)的電極的平面上的坐標(biāo)。對(duì)于地形變化較大橫截面，海拔坐標(biāo)被添加到數(shù)據(jù)文件中，以備反演處理時(shí)地形校正。經(jīng)過對(duì)該領(lǐng)域所收集數(shù)據(jù)的反復(fù)計(jì)算之后，所收集數(shù)據(jù)就轉(zhuǎn)換為電阻率的關(guān)系。

反演處理包括：建立最初的二維地電模型，根據(jù)地質(zhì)調(diào)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(jì)算方法，以查看反演結(jié)果。最后地形校正，最終的地下地電斷面用于地質(zhì)解釋。

2　高密度電法在水文地質(zhì)和工程地質(zhì)中的具體應(yīng)用

通過以上的分析我們得知，高密度電法具有簡便，經(jīng)濟(jì)，勘查結(jié)果精確，勘查速度，應(yīng)用范圍廣等眾多優(yōu)點(diǎn)。高密度電法在水文和工程地質(zhì)勘探工作中被極為廣泛的應(yīng)用。例如可以采用高密度電法進(jìn)行大壩穩(wěn)定性評(píng)價(jià)、壩基滲流的探測(cè)，可以用以探測(cè)電站大壩基巖面的起伏，進(jìn)行高速公路高架橋，高層建筑的選址，洞穴、涵洞的探測(cè)，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(cè)以及地下水探測(cè)兩個(gè)實(shí)例方面來分析高密度電法的具體應(yīng)用：

2.1海堤砌石體深度探測(cè)

利用高密度電法測(cè)試海堤砌石體的深度。測(cè)試區(qū)域內(nèi)的堤防工程主要建筑在基礎(chǔ)為拋石的地基上，并且地基結(jié)構(gòu)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(xì)砂以及含泥細(xì)砂層等組成。針對(duì)以上工程地質(zhì)情況，我們采取高密度電法來勘測(cè)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(shè)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(shè)置測(cè)線之間的間距。測(cè)試結(jié)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(cè)試結(jié)果以及工程地質(zhì)相關(guān)資料進(jìn)行分析計(jì)算。比如，我們將拋石以及填土的劃分依據(jù)設(shè)置為30～40Ω·m，將填土、淤泥、淤泥夾薄層粉細(xì)砂以及含泥細(xì)砂層的劃分依據(jù)設(shè)置為小于l0Ω·m。則經(jīng)過分析計(jì)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(xì)砂或含泥中細(xì)砂層。

2.2高密度電法勘探地下水

該應(yīng)用實(shí)例主要為利用高密度電法來勘探地下水。經(jīng)過實(shí)地勘察得知某地區(qū)的地質(zhì)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(dāng)?shù)鼐用竦娘嬎畣栴}，需要在該地質(zhì)區(qū)域內(nèi)打一口深水井。依據(jù)該工程地質(zhì)的情況，我們選取一處進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試區(qū)域類的地質(zhì)構(gòu)造相對(duì)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(duì)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(cè)地下水位的深度約為100m。所測(cè)區(qū)域內(nèi)巖石的電阻率為，第四系地層的電阻率約為30～250Ω·m；風(fēng)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(chǔ)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(jìn)行測(cè)探。我們采用高密度電法開始進(jìn)行實(shí)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(jìn)行操作，然后在該區(qū)域大致垂直的NNE方向上布設(shè)兩條測(cè)試線，且測(cè)試線長度均為500m，將電極距離設(shè)置為5m，點(diǎn)距間距設(shè)置為5m，電極設(shè)置為101根。此外利用溫奈爾設(shè)備將測(cè)試的深度設(shè)置為1～33a之間。布設(shè)完畢之后開始進(jìn)行實(shí)地測(cè)量，測(cè)量結(jié)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(jí)相對(duì)較低。異常電阻垂直的方向深度超過100m。另外一條測(cè)試線測(cè)試的結(jié)果與第一條側(cè)向的結(jié)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(gòu)造裂隙帶，若在該裂隙帶內(nèi)部布置深井，成功的概率較大。經(jīng)過以上的探測(cè)以及相關(guān)的推斷，工作人員在第一條測(cè)試線330m的位置確定了深井的鉆井位置，且孔深達(dá)到了211.02m。測(cè)試完畢之后開始鉆井并抽水檢測(cè)，并和相關(guān)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，確定了該水質(zhì)完全符合飲用水的標(biāo)準(zhǔn)，可以進(jìn)行深井的開挖工作。

通過以上兩個(gè)實(shí)例的分析，我們可以看到高密度電法在壩堤深度測(cè)試以及地下找水工程中的具體應(yīng)用。該方法施工相對(duì)簡便，經(jīng)濟(jì)成本較低，且探測(cè)的結(jié)果準(zhǔn)確率較高，能夠用于指導(dǎo)相關(guān)工程活動(dòng)的開展，為水文地質(zhì)以及其他工程地質(zhì)類活動(dòng)提供的基本的依據(jù)和相關(guān)參數(shù)，顯示了其極大的優(yōu)越性能。

3　結(jié)束語

高密度電法作為一種新型的電探技術(shù)，其通過高密度的觀測(cè)點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)水文地質(zhì)以及工程地質(zhì)的勘查和探測(cè)，在工作的時(shí)候能夠有效降低電磁的干擾以及故障，勘查結(jié)果準(zhǔn)確，誤差小，且勘查的速度快，效率高。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，高密度電法也應(yīng)該積極結(jié)合當(dāng)前先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，不斷完善不斷發(fā)展，從而能夠更好的指導(dǎo)各類工程實(shí)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(yīng)對(duì)比分析研究[J].工程地球物理學(xué)報(bào)，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(yīng)用[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2012，39（03）.

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

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2015-9-6