高密度电法与超前物探在地质勘察中的应用比较

侯德冰

（中化地质矿山总局湖南地质勘查院 湖南长沙 410000）

高密度电法与超前物探在地质勘察中的应用比较

侯德冰

（中化地质矿山总局湖南地质勘查院 湖南长沙 410000）

科技的不断革新，越来越多的新材料也被人们所熟知，各类综合物探的方式也不断推陈出新，而高密度电法以及超前物探法作为物理勘探的两个重要分支，近几年在地质物探的勘察中得到了广泛的应用，基于此，本文就对地质勘察的主要任务、高密度电法以及超前物探的基本内容进行了简要的分析，并结合相应的工程案例对两者进行了对比。

高密度电法；超前物探；地质勘测；应用比较

1 引言

使用勘探方法判断地质情况时，主要是依据地震波的振幅变化情况以及波的实际折射、反射情况而推断的。在重大场地的工程地质调查中，大坝、桥墩选址时，采空区以及岩溶区探测时，运用高密度电法勘探取得的效果良好；而在地质勘察中运用超前物探技术则能够提高探测的效率、准确度，并减少探测的损伤。所以，必须做好高密度电法与物探方法的比对，以便更好的展开地质勘察工作。

2 地质勘察工作的相关概述

2.1 地质勘察的主要任务

在建设建筑工程前，要对拟建区域的地质问题，例如选择地基、工程周边的地质情况以及做好后续的安全防护工作进行全方位的考虑，并为工程建筑提供详尽的工程地质资料，以便后续施工更为科学合理。在地质勘察时要做好以下几种工作：

（1）对整个施工工区进行全面的检查，以便更好的对地质资料、地质构造以及地质形成的具体过程进行有效的分析，整理出有利因素以及不利因素，选择最优质的拟建场地，并按照所选场地的实际地质条件，合理的对其进行规划，有效降低施工的难度，缩短施工的工期以及减少施工成本的投入。

（2）选定了建筑拟建的场地后，要做好场地的地质勘察工作，按照建筑物的规模、类型以及施工的主要方式，制定更为科学合理的施工方案，在施工方案中要将不良地质可能带来的影响包含在内。

（3）在实际建设建筑物时，或多或少会对建筑周边的环境以及地质环境造成影响，严重时还会出现地面塌陷的问题，因此，为了有效确保施工安全，需要对施工过程中以及施工前后的地质条件所发生的变化进行详细的预测，并制定相应的解决措施。

2.2 地质勘察的两种主要方式

2.2.1 高密度电法基本概述

（1）高密度电法的原理

高密度电法的原理跟常规直流电法的原理基本相同，都是对地质体以及围岩的电性差异进行分析，对电场的分布规律进行研究，对工程存在的地质问题进行合理的解决。而高密度法跟常规直流电法相比，更是综合了常规电法中的电剖面法以及电测探法对地下横向电性的变化情况进行观测，还能够对一定深度下的垂向电性的变化情况进行观测。使用高密度电法能够采集到大量的数据，测点的密度较高，能够有效弥补常规电法数据不足的情况，极大地提高了工作效率。

高密度电法数据采集系统主要由三个部分组成，即主机、多路电极转换器以及电极系。此方法在野外工作装置形式比较多，总电极数跟点距可按照场地条件与勘察深度任意选择，具体勘察原理流程如图1所示。

图1 高密度电法工作示意图

（2）资料整理与解释

由于高密度电法的装置种类较多，不同的装置，整理资料的过程也大不相同，基于此，本文以温纳（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：

其中：KAB=2×Π×a。

当电极数为60个或者120个时，电机距选择1～5m，最大的隔离系数选择最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ρs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。

2.2.2 超前物探方法基本概述

地球物理勘探简称物探，能够为开发资源和保护环境提供相关的参考。现阶段，工程地质勘察中广泛的运用了物探法，在一定程度上促进了我国经济发展。传统的地质勘察法主要有钻探取土和双桥静力触探两种，尽管这些方法在一定程度上对于各个领域的发展起到了一定的促进作用，但如果仅仅只使用一种勘察方法，难以跟勘察工程的地质的需求保持一致，各勘察方法的作用也十分的有限，因此在实际地质勘察中要综合多种勘察方法，以此提高勘察的质量。

（1）地质超前物探勘察的原理

跟高密度电法的基本原理相比，超前物探也是通过对岩、矿山与含水地质体之间的电性差异进行分析，研究出地质周边的电场分布情况，只是超前物探是通过布置在巷道内供电电极在巷道周围岩层中建立起全空间的稳定人工电场，该稳定电场的特征取决于巷道周围岩石的电性特征及其赋存状态，再通过测量电极观察和研究地壳周围人工电场的变化和分布规律，使用全电场理论处理和解释，进而得到巷道周围岩石中引起电场变化的水文地质状况。超前物探是研究掘进头前方地层变化规律，预测掘进头前方地质体异常情况的一种电法探测技术。

（2）地质超前物探勘察的特点

在工程地质勘察中，超前物探方法具有以下几点特点：

①探测的深度浅。在对工程设计进行探测时，地质问题一般会发生在浅层地域，而物探方法的探测深度也在相应的范围内，即所谓的几米至几十米，但最深不会多于百米，所以探测的深度较浅。

②探测的精确度高。通常情况下，工程建设单位对于物探方法的精度要求较高，探测的深度以及地表的位置不能够出现较大的误差，务必要将误差控制在厘米以内。

③对于施工场地的要求较低。物探方法主要的内容就是对工程地质进行勘察，并对地质资料进行分析，而这些工作一般需要耗费几天至几十天不等，且对工程的危险程度进行分析时，需要在1d内得出探测结果。

3 高密度电法与超前物探在地质勘察中的实际应用

3.1 工程概况

某矿8102的回风巷在三叠下统沙堡湾组，岩性为灰、灰绿色泥岩，夹有少量的泥灰岩及粉砂质条带，其中泥岩为主要的含水层。前期掘进过程中会遇到断层而发生突水事件，据推测其主要原因在于泥岩出现了渗水，所以，在进行前方掘进时，务必要对前方地质条件进行预探。

3.2 高密度电法与超前物探在工程地质勘察中具体应用

3.2.1 高密度电法探测

采用DZD-6型多功能激电仪和DUK-2A型高密度测量系统。在8102回风巷布置勘探线2条，每条电极数90个，共180个电极，电极间距10m。测线测深均为240m，得到电阻率剖面如图2～3。

图2 高密度电法勘探1号线电阻率剖面图

3.2.2 超前物探探测

采用YTD400（A）矿井全方位探测仪进行超前预探，该仪器是运用最新矿井地质勘探技术和理论，为在井下含有爆炸性危险物等特定环境下探测地质体异常而设计的多功能矿井物探综合勘探系统。本次探测设计步长为4m，由于巷道情况限制，探测深度为36m。得到超前物探电阻率剖面如图4。

图3 高密度电法勘探2号线电阻率剖面图

图4 超前物探电阻率剖面图

3.2.3 对比分析

剖面起伏点采用高精度eTrex手持GPS卫星定位仪导航定点，保证测点能够相互对应。

（1）图2中③号低阻异常视电阻率小于100·m，并且等值线呈低阻圈闭异常，推测为地下水岩溶管道异常；通过超前物探得出与图4中的1号低阻异常完全吻合。图4中显示在迎头0～4m范围内，异常范围较小，强度较强，初步推断此异常相对赋水性较强。

（2）图2中②号高阻异常视电阻率大于2000·m，并且等值线呈高阻圈闭异常，推测为地下水岩溶空洞异常；通过超前物探得出与图5中的3号高阻异常完全吻合。图4中显示在迎头23～30m范围内，异常范围较小，强度较弱，初步推断此异常为岩性变化所致。

（3）图4中2号低阻异常视电阻率在80～99·m，异常范围较大，强度较弱，推测此异常为相对赋水性较弱岩体，对应于图3中的④号与⑤号高阻异常中间范围，该异常可能是由于上层渗水导致岩性变化。

（4）图2中①号高阻异常视电阻率大于2000·m，异常范围较大，强度较强，与图3中⑤号高阻异常对应分析为前期开采过程中留下的采空区。

4 结语

总而言之，高密度电法跟超前物探法相比各有各的优点，但无论哪一种勘察方式都具有一定的局限性，在进行地质勘察时，要善于将多种勘察方法和技术有效的结合在一起，结合工程地质的实际水文情况，反复演算，以保证勘探结果的正确性。

[1]齐雷，陈文强.高密度电法在隧道勘察中的应用与思考[J].中国水运月刊，2013，13（1Z）：215～216.

[2]杨彦龙.物探方法在工程地质勘察中的应用与发展[J].地球，2014（2）.

[3]李桂龙.高密度电法在岩溶地质勘察中的应用[J].中国西部科技，2011，10（15）：17.

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1004-7344（2016）07-0184-02

2016-2-25