高密度电法在地下水通道探测中的研究与应用

杨雪娟

【摘要】高密度电法属于直流电阻率法的范畴，其特点是高密度采集地层信息数据、用途广泛、速度快以及经济。观测结果可以表示成二维断面图格式，可精确反应地电断面沿测线和深度的变化。由于反应地质信息丰富、直观、资料处理和解释简单，在水利水电等勘察中得到了广泛的应用。本文结合工程实例，采用高密度电法对地下水导致地下塌陷坑的成因、规模、路径等展开论述，印证高密度电法在地下水通道探测中的可靠性和适用性。

【关键词】高密度电法；地下水通道；探测

引言

山区的自然环境和地质环境较为复杂，在山区修建隧道经常会通过富水地区。地下水不仅会溶解、冲蚀、软化隧道围岩，降低围岩强度，还会给施工带来巨大难度和安全隐患。提前获取隧道水文地质情况，通过对每段地质情况的分析提前做好预防措施，可降低隧道施工危险。高密度电法是探测地下水的一种重要地球物理方法，它将传统的电剖面法和电测深法相结合，具有测点密度高、采集的信息量大和对探测的目标不造成影响等优点，能有效探测地下水情况，对工程建设具有重大参考价值。

1、高密度电法原理

高密度电法的原理与普通电法原理基本一致，就是多种排列的常规电阻率法与自动数据反演处理相结合的方式。通过电极多种组合的扫描探测，能够采取各地层横纵双向地电剖面的结构特征。最后微机将测得的数据存储，之后还可以传入电脑进行滤波、地改处理，通过反演图判断测线纵剖面的地质信息。

2、铁路勘察应用

2.1数据处理

高密度电法的理论模型是一个均质的、各向同性的水平均匀地质体，且视电阻率值是电极距的函数.然而在实际工作中，由于地形起伏、接地条件不良以及电极实际位置偏离设计位置等情况的出现，往往导致所测得视电阻率断面与实际模型不符，因而有必要对原始数据作相关预处理，如数据拼接、地形校正、剔除虚假点等.

2.2地球物理探测前提

该区域地下水较为发育，由电性推测，地层自上而下为低阻的新黄土、杂填土；中高阻的卵石、砾石；低阻的砂泥岩，中高阻的泥灰岩及灰岩。掉钻、漏泥浆等现象的原因推断为该处上部砂泥岩裂隙发育且富含地下水，导致深部的灰岩岩溶发育，与上部连通形成地下水渗流通道。该区域地下水渗流通道相对周边岩土体为低阻，而部分掘进困难的地层为孤立的高阻体。因此，此次针对地下水渗流通道探测的物探机理前提成立。在对电法成果进行分析的过程中，首先分出几个标志地层，再圈定同一地层中高低阻区域，当低阻区域自下而上相连时，可推测为地下水滲流通道。

2.3成果分析

应用二维高密度电法专业软件“2DRES”进行处理。反演过程中加入了地形校正处理。水流通道相对周围细砂呈低阻，故本次资料分析重点研判低阻异常。分析时，成果图对照原始视电阻率拟断面图并结合相关地质等信息。本次探测布置测线多，电法又分不同装置和采集参数，数据信息量大，现针对主要勘探成果做一阐述。

2.4Z3测线探测结果分析

Z3测线为隧道左幅中心线K4+840—240段探测线。由图5可知：K4+760—670段地表以下埋深25-65m处为低阻异常区，低阻异常，呈细带状或串珠状分布，视电阻率值一般为20-70Ω·m，推测该部位为富水区；K4+580—520段地表以下埋深20-100m处为低阻异常区，低阻异常，呈细带状或串珠状分布，视电阻率值一般为30-70Ω·m，推测该部位为赋水区；K4+490—430段地表以下埋深20-50m处为低阻异常区，阻值低，多呈团块状的低阻异常状，视电阻率值一般为30-80Ω·m，推测该部位为赋水区；K4+380—320段地表以下埋深20-55m处为低阻异常区，阻值低，多呈团块状的低阻异常状，视电阻率值一般为20-60Ω·m，推测该部位为赋水区；根据地表调查结果，结合探测结果，推测赋水区较为丰富的地段均在沟谷以下，即K4+670、K4+480和K4+375对应的沟谷位置。

2.5水流路径分析

3#坑与4#坑位于出水口左挡墙基础坡，距2#坑平距42m，地表高程3043m～3045m。此处塌陷多而密集，受地形限制电法测线无法布置。4#坑距厂房基础约9m，可观察到在水泵的强抽作用下，从4#坑周边补水的迹象明显。再结合高差可以判断出地下水从2#坑流向4#再流向3#坑。结合厂房基础及集水井抽水量来看，集水箱漏水远远不及如此大的量。现场可以看到，厂房基坑经抽水送向下游河道，在入河口附近又形成大片蓄水区。该蓄水区水位线高程为3049.9m，与2#坑水道高程（3041.1m～3048.6m）最大有近8m的高差。而坝址区砂卵层覆盖层厚达百米，渗水性强。由此可推测出2、3、4坑地下水主要来自下游蓄水区的倒灌。综上，可以认为由于地势原因引起下游地下水向上游倒灌，加上前期强降水影响及集水井下游侧泵坑对地下水的强抽的作用，是引起2#、3#、4#坑塌陷的主要原因。流水路径为：沿左岸坡脚→穿过2#坑及其附近通道→3#坑→4#坑→集水井和厂房。

结语：

通过本次工程实例得到如下体会：（1）在流水通道与围岩电阻率差异大、地表岩性比较均匀、地形起伏小的情况下，高密度电法具有良好的勘探效果，其低阻异常明显并且形态清晰。（2）资料解释中，除了对低阻异常的形态进行分析之外，还应结合塌陷坑位置、地面建筑物、各异常间的平距、高差以及水文地质资料等诸多信息。对于复杂的地下水通道探测需结合众多的因素以及相当的耐心。（3）不同装置下异常的形态有所差异。（4）布置测线时应尽可能地使测段内地表岩性均匀和地形变化小，用以保证原始数据质量和提高勘探效果。本实例中，尽管边坡处细砂电阻率高，但其原始数据质量远好于跨粗砂、细砂、冲沟处测线。（5）本次勘探中的不足是由于 3#、4# 坑受地形限制电法未能开展并提供直接勘探成果，故对于复杂条件下地质勘探应尽可能地采用多种勘探方法来相互弥补、相互验证.

参考文献：

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