甘 硼：几＿．Ｊ． 岩土工程・勘测 高密度电法工程地质勘察应用实例探析 ． ．． ．删咖衄卿唧－姗‘ ，Ⅺ ■Ｉ 高密度电法工程 地质勘察应用实例探析 徐兴松，高文龙 （华北电力设计院工程有限公司，北京 １００１２０） 摘要：伴随新材料、新技术的不断革新，综合物探方法的发展日新月异，作为物理勘探新方法一个重要分支 的高密度电法，近年来，在工程地质勘察中也被越来越广泛的加以应用。本文首先简要介绍高密度电法的基 本理论和发展沿革，然后结合工程实例具体说明高密度电法的应用实践，最后通过实际应用中出现的一些问 题作延伸讨论。 关键词：高密度电法；工程勘察；影响因素。 中图分类号：Ｐ６３１文献标志码：Ｂ文章编号：１６７１—９９１３（２０１２）０１—００１５—０４ Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｈｉｇｈ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｍｅｔｈｏｄ ｉｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ＸＶ Ｘｉｎｇ－－ｓｏｎｇ ＧＡＯ Ｗｅｎ・－ｌｏｎｇ （Ｎｏｒｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｐｏｗｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏ．Ｌｔｄ．，Ｂｅｉｊｉｎｇ １００１２０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ ｈａｓ ｇｒｅａｔ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｕｎｉｎｔｅｒｒｕｐｔｅｄ ｒｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｎｅｗ ｍａｔｅｒｉａｌ ａｎｄ ｎｅｗ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ａｓ ａ ｇｒｅａｔ ｍａｋｅｕｐ ｏｆ ｎｅｗ ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ ｐｈｙｓｉｃａｌ ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｈｉｇｈ—ｄｅｎｓｉｔｙ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｗｉｄｅｌｙ ｔｏ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ ｉｎ ｌａｔｅｌｙ ｙｅａｒｓ．Ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｔｈｅ ｒａｄｉｃａｌ ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｌ ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ ｈｉｇｈ－ｄｅｎｓｉｔｙ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｍｅｔｈｏｄ ｂｒｉｅｆｌｙ，ｔｈｅｎ，ｅｘｐｌａｉｎｅｄ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｉｇｈ ｄｅｎｓｉｔｙ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｍｅｔｈｏｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅｌｙ．Ｌａｓｔ，ｗｅ ｇａｖｅ ｓｏｍｅ ｏｕｔｓｐｒｅａｄ ｄｉｓｃｕｓｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ａｂｏｕｔ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｉｇｈ— ｄｅｎｓｉｔｙ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｍｅｔｈｏｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈ－ｄｅｎｓｉｙｔ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｍｅｔｈｏｄ；ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ；ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ；ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｄ ｉｎｇｒｅｄｉｅｎｔ；ａｎａｌｙｓｉｓ． １概述 当人工向地下加载直流电流时，在地表利用相 高密度电法勘探在重大场地的工程地质调 应仪器观测其电场分布，通过研究这种人工施 查、坝址及桥墩选址、采空区、岩溶区及地裂 加电场的分布规律来达到要解决地质问题的目 缝探测等众多工程勘察中取得了良好的效果。 的。因此要研究在施加电场的作用下，地层中 高密度电法可实现资料的现场实时处理和脱机 传导电流的分布规律。求解其电场分布时，在 处理，又可以根据需要自动绘制和打印各种成 理论上一般采用解析法。其电场分布满足以下 果图件，大大提高了电阻率的智能化程度。 偏微分方程： ｒ １．１基本原理 Ｕ＝— 一 １） １） （Ｚ０＿Ｚ１） （１） ０ 高密度电法与常规直流电法原理类似， 式中： 为电位； 为供电电流； 为电导率； 收稿日期：２０１１－１２—０８ 作者简介：徐兴松（１９８０一），男，山东博兴人，硕士，工程师。 ２０１２￣ｇＯ２ｇ第１期。１５ 为冲激函数； 为拉普拉斯算子；（ 。．Ｙ。 Ｚｏ）为电场点坐标， ．Ｙ ．ｚ ）为原点坐标。 当Ｘ０≠ ｌ、 ≠ １、Ｚｏ：７￣ｚ１时，即只考虑无源 空间，上式变为拉普拉斯方程： ＝０ （２） 但是在复杂条件下，无法求得方程的解析 解，因此主要是采用各种数值模拟方法来解决 上述问题。高密度电法工作时，通过给ＡＢ极供 电 ，利用ＭＮ￣ｔＪ量电位差 Ｖ 通过ｐ— ‘ 求得测点ｘ处的视电阻率值。 其中 为装置系数，满足关系式： ２ （ １ １ １＋－～Ｊ ㈣ 视电阻率为地下介质电性的综合反应，通 过反演计算即可得到深度一电阻率剖面［４］。 高密度电法集中了电剖面法和电测深法等 普通直流电阻率方法的特点，不仅可以提供地 下一定深度范围内电性的横向变化情况，还可 以提供垂向电性的变化特征。 １．２设备构成 高密度电法数据采集系统由主机、多路电 极转换器、电极系３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 储测量数据。数据采集成果自动存入主机，主 机通过通讯软件把原始数据传输给计算机。计 算机将数据转换成处理软件要求的数据格式， 经相应处理模块进行畸变点剔除、地形校正 等于处理后，做视电阻率等值线图。在等值线 图上根据视电阻率的变化特征结合钻探、地质 调查资料作地质解释，并绘制出物探成果解释 图。高密度电法测量工作框图见图１。 ２高密度电法在某核电厂址地质勘 察中的应用实例 该拟建厂址附近范围内的地形起伏较小， 地貌成因类型主要为微弱切割丘陵，局部发育 冲沟，地貌类型为低丘。据该区域地质资料分 １６－２０１２年０２月第１期 ｉ………一童 上－ ……一 【 图Ｉ高密度电法测量工作框图 析，厂址区上覆坡残积粘性土、粉土，下伏基 岩为新元古代震旦期岩浆岩（ＬＤｑＴ￣），岩性主要 为二长花岗岩。 １拟建厂址区域地球物理特征 该拟建场地内的地质概况可知，场地上部 岩、花岗岩、闪长岩等。第四系土层的电阻率 系土层与下伏基岩的电阻率有较大的差异，当 阻率远低于基岩电阻率上述地层介质地球物理 性质的差别是选择物探方法的前提。 ２工作方法及工作布置 高密度电法一次测量过程可布置若干电极 极方式效率低的弊端，仪器采用程控方式进行 数据采集和电极控制，采集的数据以图像或者 曲线的形式实时显示在屏幕上，以随时可以监 控资料的质量，使测量精度和工作效率有较大 提高。高密度电法同时具有多种装置形式，具 有可根据场地实际情况实时变化等优点。 依据工程实际需要，此次该区域高密度电 ３．１资料的处理 对野外采集高密度电法的三极和温纳数 ２．地层主要为第四系土层，下部基岩主要为大理 低，大理岩、花岗岩、闪长岩电阻率高，第四 存在断层等地质构造带时，构造带内充填物电 ２．进行测量，克服了常规电法单点测量、人工跑 法测量工作共布设５条测线。３资料的处理、解释与推断 ｌ扣瑚－：八－．Ｌ 据，进行格式解编、转换、剔除非值等工作， 率Ｐ 等值线拟断面图，得到相应的探测剖面（详 然后采用Ｓｕｒｆｅｒ８．０软件分别绘制测线的视电阻 见图２、图３）。 图２拟建厂址区域某测线高密度电法探测成果图像 ＿ｏ ｐ ●０ Ｄ ・・・ ， －ａ ・０ Ｉ ・ ｌ４口 ｌｏ １ ０ ・－ Ｌ’・・ 【● －－０ ，００ ・ｏ 】，ｏ ４・ｎ Ｊ，ｕ ＾０ ’ ，・ ‘“ 层 强 化 崭 中 化； § 图３拟建厂址区域某测线高密度电法探测推断削面图 ３．２资料的解释与推断 破碎～完整，局部极破碎或存在构造破碎带， 第四系土层的电阻率相对较低，大理岩、 局部岩石变化。综合５条高密度电法资料分析， 花岗岩、闪长岩的电阻率较高。同时若地下岩 在所探测区域范围内，存在构造破碎带，宽度 石存在断裂带、破碎带、空洞等时，当其中不 从１５ｍ￣２５ｍ不等，深度从０～８０不等。 充水，在高密度电法视电阻率Ｐ 等值线拟断面 （２１高密度电阻率法具有其独特的优越性， 图上呈高阻反映；当其中充水，在高密度电法 也存在一定的局限性和不足之处。虽然其具有 视电阻率Ｐ 等值线拟断面图上呈低阻反映。若 高密度采集地层数据信息、实现速度快以及经 岩性风化程度变化大以及岩性发生变化，其视 济节省等优点，但是作为一种间接的勘探手 电阻率高低也有较大变化。现以某测线的资料 段，其结果的解释具有多解性，有时会与实际 解释、推断如下：该测线在约８７ｍ～１９８ｍ点 地质状况有较大出入，因此需要利用直接勘探 位，约Ｏ～１０．Ｏｍ深度，根据视电阻率变化，推 手段，诸如钻探、井探等加以验证，才能提出 测为碎石层；在０￣２９０ｍ点位，约０～５７．Ｏｍ深 更加符合实际的解释成果。 度，根据视电阻率变化，推测为强风化基岩； （３）此外，由于工程地质中存在的隐患种 在约０￣２９０ｍ点位，约ｌ０ｍ～８０ｍ深度推测为中 类繁多，实际测量工作中，随着测量深度的加 风化基岩；在２４５ｍ￣２６５ｍ点位，约０～８０．Ｏｍ深 大，检测的灵敏度相应减小，因此，在应用高 度，形成较低的视电阻率与周围较高的视电阻 密度电法进行工程地质隐患排查时，需要适时 率存在较大差异，根据视电阻率异常推断为构 地辅助以其他勘探手段进行比对，从而尽可能 造破碎带。 的减小不利影响因素。 （４）最后，在应用高密度电法进行工程地质 ４结论与建议 勘察时，由于探测目的体与围岩存在一定的电 （１）此次物探工作在山区施工，由于山区地 性差异，造成显著的干扰因素，因此需要深入 形复杂，施工难度较大。各种地形及高差的影 研究地层的导电性差异与其影响因素之间的关 响，给本次物探数据采集带来一定的误差。根 系，从而为得到更切合地质实际的资料成果夯 据物探探测资料结合钻孔资料分析，地下岩石 实基础。 ２ｏ１２年ｏ２月第１期 ．１７
