高密度电法在水文地质和工程地质中的应用

2016-08-22刘记成河南省地矿局第二地质环境调查院河南郑州450000

地球 2016年4期

关键词：电法高密度工程地质

■刘记成（河南省地矿局第二地质环境调查院河南郑州450000）

高密度电法在水文地质和工程地质中的应用

■刘记成
（河南省地矿局第二地质环境调查院河南郑州450000）

高密度电法属于先进探测技术，在地质勘测过程中得到广泛应用。高密度电法具有信息量巨大、高密度测点等优点，在水文地质及工程地质中具有重要作用。本文对高密度电法在水文地质及工程地质中的应用进行简单分析。

高密度电法水文地质工程地质

1　引言

随着我国经济的快速发展，地质勘测技术也不断进步。高密度电法是近几年出现的先进探测技术，在水文地质及工程地质中得到广泛应用。采用高密度电法极大的提高工程勘察的准确度，从而为项目建设提供关键信息。

2　高密度电法探测原理

高密度电法是根据水文工程及环境地质调查的实际需要而研制的一种电阻率法，是以岩土体的电阻率差异为基础，通过对电场分布的特点和变化空间差异的观察和研究，查明地下地质构造和寻找地下非均匀电体的地球物理勘探方法。在数据采集过程中结合电阻率曲线和电阻率测深观测的方法，大量的数据收集，提高了观测数据的准确性，在电异质体的检测方面取得了良好的效果。其工作流程如图1所示。

高密度电法实际上是集中了电剖面法和电测深法，其原理与普通电阻率法相同。测量系统由多功能直流电法仪和多路电极转换器组成，基于常规电阻率法勘探原理并利用多路转换器的供电，测量电极的自动转换，配合常规电阻率的测量方法及电阻率成像（CT）等高新技术来进行高分辩、高效率电法勘探。尤其温纳装置在高密度测量分辨率相对较高。

高密度电法野外测量时将全部电极（几十至上百根）置于剖面上，利用程控电极转换开关和微机工程电测仪便可实现剖面中不同电极距、不同电极排列方式的数据快速自动采集。与常规电阻率法相比，高密度电法具以下优点：（1）电极布置一次性完成，不仅减少了因电极设置引起的故障和干扰，并且提高了效率；（2）能够选用多种电极排列方式进行测量，可以获得丰富的有关地电断面信息；（3）野外数据采集实现了自动化和半自动化，提高了数据采集速度，避免了手工误操作。此外，随着地球物理反演方法的发展，高密度电法资料的电阻率成像技术也从一维和二维发展到三维，极大的提高了地电资料的解释精度。

高密度电法的温纳装置是不同深度对称的四极剖面装置，电极间距为5m，根据场地上覆地层厚度选择不同的电极数和采集剖面层数。设备允许的最大隔离系数为32。数据处理工作采用G3RTomo5.0软件完成，先进行突变点剔除工作，再根据需要，进行数据圆滑处理和地形改正，最后通过剖面反演，绘制出视电阻率断面等值线图。

高密度电法具有不同于常规的电阻率法的优点，具体有：第一，可以一次性完成电极布置工作，能够有效地减少故障和电磁干扰，大大的提高了效率；第二，在野外测量时，可以选择多种电极的排列方式开展测量，能够获得大量的涉及地电断面的数据；第三，在野外的数据采集工作中，能够进行自动化或者是半自动化采集作业，大大的提高了数据采集的速度，有效地减少了数据采集中的手工操作失误；第四，随着探测技术的发展和反演方法的进步，高密度电阻率成像法的技术也使得到了很大的发展，实现了从一维和二维到三维的跨越，在很大程度上提高了地电资料的解释精度。高密度电法的成果资料定性解释简单、直观、明了，在结合地质调查、钻探资料以及其他物探方法，可做出半定量、定量解释；电极布置是一次性完成，减少了因电极设置带来的干扰和测量的误差，能有效的进行多种电极排列的的测量方式，从而可获得更加丰富的地质探测信息。

3　高密度电法在水文地质及工程地质中的应用

3.1高密度电法在预防富水性地质灾害工作中的应用

做好预防富水性地质灾害工作是工程施工地质地表探测的一项重要工作内容，利用水文地质条件测量法，对工程的水文地质情况进行探测，根据施工区域内居民的用水井泉及其泉点分布情况，对这些用水井泉进行长时期的动态测量，一般采用的测量方法可以是容量法、三角堰法和流速法，每月测量2～4次，再仔细观测施工区域季节变化情况，利用地质素描法绘制出井泉的水位及其水流量的动态变化曲线图，经过分析能够在完整灰岩区域内高度探测到富水性灾害的存在，由于探测到富水性灾害的存在，使得该区域的围岩视电阻率较低和围岩含水量较大，由此可以推断出工程施工时会出现线流或股状涌水的不良现象，甚至会出现拱顶坍塌或侧壁失稳的严重情况，而高密度电法就可以很好地探测出富水性灾害，利于做好预报工作和预防策略，从而保证项目施工的安全。

3.2高密度电法勘探地下水

（1）任务和目的：山东东营某村，所处区域地质为花岗岩，由于受到当地废水污染的影响，致使不能饮用浅层水。为了解决当地百姓的饮水问题，需要在当地打一深水井，对基岩裂隙中的水进行提取、分析。任务要求是单井出水量Q>5m3/h，水质必须符合相关的饮用水标准。可以采用高密度电法完成此项任务。

（2）测区概况：测区所属地形是丘陵，构造较为简单，地层中分布有玲珑花岗岩以及第四系地层。第四系地层的成分主要是以粉土、砂和卵石，地层的厚度只有数米，且大多分布在山脚和沟谷里；玲珑花岗岩在这个地区分布很广，大面积的裸露，只有小部分在山脚和沟谷中被第四系地层所覆盖。在测区内没有断裂构造，从区域性构造来说，小部分的断裂主要是以NNE向为主。推测地下水位深于100米。所在地方的岩石的电阻变化情况如下：第四系地层的电阻率是30～250Ω·m；因风化破碎的花岗岩是500～1000Ω·m；完好的花岗岩电阻率高于1500Ω·m。总体来看，地球物理前提条件基本具备。

（3）外业工作：在外业工作时，要根据地形和地貌选择较为平坦的区域，在大致垂直NNE方向布置两条测线，两条侧线的长度均是500米，两电极之间的距离a设置为5米，点距设置为5米，电极设置为101根。测试深度设定为1a～33a，装置采用温奈尔。

图2　

（4）解释推断：图2是A电阻率垂直构造突出断面图，我们可以知道断面中320～350米之间的区域有电阻异常，宽度大约是30米，垂直发育，电阻率等级为低。该电阻异常垂直方向深度超过100米。B测试线中也有与其相类似的情况，把这两测试线中的异常区域连接起来走向呈现NE方向，偏离15度。这一走向和NNE向完全一样。因此，可以推断出这条电阻异常带就是我们要找的构造裂隙带。在该裂隙带内布井，成功的可能性较大。

（5）应用效果：根据我们推断的结果，工作人员在A测线330米的地方确定钻井的位置，孔深达到214.02米，经过抽水检验，Q=6.35m3/h，通过对水质的分析，检验结果完全符合饮用水标准，该井符合委托方的要求。