高密度电法在调水工程中的应用

安 鑫

（新疆水利水电勘测设计研究院，新疆 昌吉 831100）

高密度电法在调水工程中的应用

安 鑫

（新疆水利水电勘测设计研究院，新疆 昌吉 831100）

简述高密度电法的基本原理及工作要点，以某调水工程勘察为例介绍高密度电法的具体应用，并检验其勘探效果。结果：高密度电法反演结果与钻孔资料基本一致，说明对于结构简单的地层和浅层构造高密度电法勘探效果好。

高密度电法；地层；断层；勘探；效果

1 高密度电法的基本原理

高密度电法（HighDensityElectricalMethod）的原理与常规电法相同。本质上是几种常规电法的组合和资料的数字化处理为一体的一种新的快捷方法。它使用的前提是以上下相邻地层的电阻率差异明显。其野外布极是按一定的间距在数据测量之前就布置好的，因而避免了常规电法因多次布极而导致的测量误差。数字化和可视化的野外数据采集，能够在采集现场获得丰富的地电断面结构特征的信息[1]。

2 高密度电法工作要点

2.1 野外数据采集

高密度系统常见的数据采集的模式有温纳对称四极装置（Wenner）、斯伦贝格装置（Sclumberg⁃er）、偶极—偶极装置（Dipole—Dipole）、单极—单极装置（Pole—Pole）[2]。经过长期的野外实践和对比，用温纳装置的所测得效果比较理想，一般选用2～10 m的电极间距，采集层位可视勘测深度选择，108个电极最大扫描层位一般可以达到33层，温纳α装置野外采集测点位置示意图如图1所示。

温纳α装置装置MN的距离与AB保持1∶3的关系，即AM=MN=NB=a，测量第一极距点时，1号电极为A极（图1中的C1），2号电极为M极（图1中的P1），3号电极为N极（图1中的P2），4号电极为B极（图1中的C2），数据采集点在P1、P2的中间，向下采集的距离为C1到C2距离的一半即1.5 a。后面的采集点电极依次接通2—C1，3—P1，4—P2，5—C2，直到108号电极为C2时，第一个剖面数据采集完成。第二个剖面的 C1、P1、P2、C2间隔为 2 a，即 1—C1，3—P1，5—P2，7—C2，逐个向后、向下，直至测量剖面的最后一层扫描结束，剖面测试完成。该方法测试，深部浅部均有较大的一次电压场Vp值，在地面干燥，接地电阻较大，供电电流较小时也能有较高的信噪比，地形起伏造成的干扰也较小。

图1 温纳α装置野外采集测点位置示意图

2.1 内业资料解释

目前国内高密度电法反演的方法很多，在工程地质勘察中应用最广的是由瑞典的M.H.Loke博士设计的基于圆滑约束最小二乘法的RES2DINV二维反演计算机程序。采集完成后，将野外采集的数据拷贝到专业电脑上，第一步对野外采集的数据进行预处理，删除突变点，第二步对经过预处理的数据进行反演，根据反演的均方根误差值选择适当的迭代次数，得到最切合实际的反演结果，最终输出反演成果。根据等值线剖面图在横向和纵向的电性差异，划分不同电性层，结合地质资料，将电性层转化为地质层位，进而划分覆盖层和断层位置。

3 工程实例

在某调水工程的地质勘察时，推测洞线经过处可能存在断层，采用高密度电法沿洞线对可能存在断层的桩号段进行了测试，希望查明断层破碎带的宽度及深度。本次测试用的是重庆地质仪器厂生产的E60M多功能电法仪，共在A、B、C 3处布置了3条高密度电法剖面，由于该区域地表为干燥的砂砾石层或强风化基岩，导电性整体较差，地表略有起伏，故测试全部采用温纳装置进行。

3.1 实测结果分析

A剖面长度950 m，测试时总用了12条电缆，96个电极，电极间距为10 m，扫描层数为31层，视电阻率分布图像（见图2），高密度视电阻率反演图像（见图3）。根据反演结果，在桩号0+470～0+580桩号段之间有一宽110 m的低阻体，呈右倾，倾角约60°，推测为断层破碎带。

图2 A剖面视电阻率分布图像

图3 A剖面高密度视电阻率反演图像

B剖面长度790 m，测试时总用了10个电缆，80个电极，电极间距为10 m，扫描层数为23层，视电阻率分布图像（见图4），高密度视电阻率反演图像（见图5）。根据反演结果，该剖面在0+350～0+440桩号段之间有一宽90 m的低阻体，呈陡倾状，推测为断层破碎带。

图4 B剖面视电阻率分布图像

图5 B剖面高密度视电阻率反演图像

C剖面长度790 m，测试时总用了10个电缆，80个电极，电极间距为10 m，扫描层数为26层，视电阻率分布图像（见图6），高密度视电阻率反演图像（见图7）。基于高密度反演的结果，该剖面覆盖层厚度为25～45 m，基岩界面起伏不是很大，应该无断层穿过洞线。

3.2 结果验证

根据高密度反演结果，在0+410和0+590桩号处分别布置了ZK1、ZK2钻孔验证，结果：ZK1钻孔在80 m左右发生了明显的变化，ZK2在120 m以下岩性较完整，与高密度结果基本一致。

图6 C剖面视电阻率分布图像

图7 C剖面高密度视电阻率反演图像

4 结语

通过上述工程实例证明，高密度电法对电性差异明显，结构简单的地层和浅层构造可取得较好的勘察效果，可为工程建设提供了可靠依据，节省了勘探费用，具有较高的经济价值。

高密度电法有其独特的优越性，但也存在较大的局限性，在一些电性差异不明显的地层或是比较复杂的地质情况下，高密度电法就不宜单独使用，此时就应该更多地借助其他物探方法和钻探才能取得较好的勘探成果。

[1] 阿发友.高密度电法和地质雷达在断层及溶桐探测中的应用[D].贵阳：贵州大学，2008.

[2] 宋先海，颜 钟，王京涛.高密度电法在大幕山水库渗漏隐患探测中的应用[J].人民长江，2012，43（3）：46-47，51.

（责任编辑：周 群）

Application of high-density resistivity method in water transfer project

AN Xin
（Xinjiang Water Conservancy and Hydropower Investigation and Design Institute,Changji 831100,China）

A brief introduction was made on the basic principle and key points of high-density resistivity method.Taking a water transfer project as example,the author presented the actual application of high-density resistivity method and checked the prospecting effects.The inversion results is basically coincided with the data obtained by boring,indicating that high-density resistivity method has good prospecting effects for strata with simple or shallow structures.

High-density resistivity method;stratum;fault;prospect;effect

P631.322

B

1003-1510（2016）02-0040-03

2016-01-18

安 鑫（1988-），男，甘肃庆阳人，新疆水利水电勘测设计研究院助理工程师，学士，主要从事水利水电工程物探工作。