高密度方法在覆盖层探测中的应用

1：引言

覆盖层属于第四纪各种不同成因类型沉积或堆积的松散地层，在工程建设中，覆盖层一般是指第四纪地层。 德阳某地因新建居民楼房，初步进行选址设计工作，但由于选址中有部分位于河滩附近，第四纪覆盖层较厚，需要利用工程物探技术进行覆盖层厚度的探测。工程物探探测覆盖层的主要方法有利用的是覆盖层介质的弹性波差异的浅层地震折射波法、浅层反射波法，利用电性差异的直流电法及利用电磁性差异的探地雷达法等。 本文主要讲述利用直流电法中的高密度方法探测覆盖层。

2：方法原理

① 高密度电法实现的物理前提是地下介质间的导电性差异，主要是利用AB电极向地下供电，建立人工电场，而后在地面布置电极MN测量电位差，并读取仪器上的视电阻率值，作为记录。与常规电法一致。结合野外实测视电阻率值经过专业的软件处理分析与解释，最终划分地层和圈定异常等地质信息。原理与普通电阻率法相同，高密度电法实际上是电剖面法以及电测深法的结合，所不同的是在观测中设置了高密度的观测点，是一种阵列勘探方法，得到电测深以及电剖面两种成果图，和一般的电法勘探比，提高了工作效率。高密度电法的使用方法是在野外测量时将所有电极（通常是100左右）全部置于剖面上，设置之后利用微机工程电测仪和程控电极转换开关即可以实现剖面中自动快速的采集不同电极排列方式数据。高密度电法与常规电法装置相比较，高密度电法明显优势是：

a：高密度电法的电极布置要求一次性完成，这样就可以节约布置电极的时间，减少因电极设置引起的故障，从而提高电极工作效率。

b：选用不同的电极排列方式来测量的高密度电法，可以获得地下丰富的地点断面信息。

c：高密度电法资料的电阻率成像技术从一维和二维逐渐发展到三维，伴随着的是地球物理反演方法的不断进步，这一进步极大的丰富和提高了电法资料的解释精度。

因为一条剖面测点数是固定的， 所以， 当极距扩大时， 反映的不同勘探深度的测点数将依次减少。所以最后得到的是一个倒梯形或者倒三角形的剖面。

图1：测量数据点分布

图2：野外工作示意图

② 高密度电法处理软件主要从数据结构模式并考虑节省计算机内存空间的条件下，基于牛顿最优化非线性最小二乘法，进行反演处理，高密度电法处理软件对于大型数据组合的处理速度明显比一般最小二乘法速度快，可以提高十倍甚至以上。数据处理采用瑞典的RES2DI高密度电阻率数据二维反演软件，按高密度电阻率数据进行二维反演，获得视电阻率影像断面，剖面成果图，并且提供定性和定量解释结果，极大的提高了分析解释效果及精度。该软件适用于温纳、偶极一偶极、单极一偶极 、二极 、斯仑贝尔多种电法极距排列方式，但是一般野外工作主要采用温纳装置。

视电阻率剖面图，能够生动、直观地反映地下剖面的地电断面电性。通过定性分析可确定地下地质体的电阻率分布，达到定量推断地电断面，及下伏完整基岩顶板起伏形态，最终确定覆盖层厚度。

图3：高密度电阻率法勘探装置示意图

3：工区实际应用

3.1：工区地球物理条件

该工区覆盖层主要类型是以河流冲洪积含砂砾卵石为主，但因河流两侧有山峦，因此覆盖层中含有散落巨石。后来，为在此兴建民居，并有大量粘土被运送在工区，覆盖层成分复杂。根据钻探揭示，主要成分为粘土占50%左右，卵石占20%左右，砾石占20%，其余为不规则巨石等。经测定，测区覆盖层与基岩电性上差异明显，具备了开展高密度电法勘探的条件。

3.2：工作布置

为了查明该地区覆盖层的厚度，按照地质勘探的任务要求，结合现场地形，顺着河滩方向布置了两条测线。其中第一条测线（如图4），测线长120M，极距2M，供电电压180V。第二条测线（如图5），测线长60M，极距1M，供电电压90V。

3.3：成果分析

图4：电阻率剖面

分析：覆盖层电阻率与基岩电阻率差异明显，覆盖层厚度约为6M左右，基岩电阻率约为90?～250?，覆盖层的电阻率约为30?左右。

图5：电阻率剖面

分析：覆盖层与基岩的电阻率区别明显，覆盖层电阻率约为30?左右，35M到48M之间电阻率值明显高于周围的电阻率，分析其原因是因为该地区表面覆盖层压实作用明显，土壤比较致密，水分偏少，从而导致电阻率升高，这也与现场情况一直。覆盖层厚度约为4.8M左右，基岩板顶界面曲线平稳，基岩电阻率约为100?～200?之间。

4：结论

在该地区高密度方法探测收获了良好的效果。高密度方法与传统的电阻率方法相比，具有低成本，高效率，信息丰富，解释方便的优点，是直流电阻率法领域应用很广泛且技术较成熟的方法。

参考文献：

[1].雷宛，邓一谦，工程与环境物探【M】.北京：地质出版社，2006.

[2].江玉乐，张朝霞，周清强，高密度电阻率法在覆盖层厚度探测中的应用【J】.煤田地质与勘探

[3].陈泉霖，陈新奇，高密度电法勘察岩土工程实例【J】.中国煤田地质，2004年12月

作者简介：钟顺飞，男，1990年出生，现就读于成都理工大学，攻读工学硕士学位，从事工程物探方面的研究。邮箱563299433@qq.comendprint