高密度电阻率法在管线探测中的应用

管晓曲，赵红磊，徐权，李国福

（湖北省地质局第四地质大队，湖北咸宁437000）

1 引言

高密度电法的测量点密度较高，得到的信息量也相对较大，是电剖面法和电测深法的结合。它的应用领域比较广，特别是在水文地质和工程地质勘察方面[1]，例如，管线探测、寻找地下水、查明采矿区、探测岩溶发育区以及划分各类地层等工作。高密度电法是基于介质电性差异勘探天然或人工电场的变化。一般而言，埋设的管道和它的包围介质之间有明显的电性差异。

城市地下空间建设项目中通常要探测一些小目标体，感应类电磁法无法直接探测出目标体，为了提高横向和纵向分辨率，采用高密度电阻率法。本文围绕高密度电阻率法在识别燃气管道、排水管道的应用展开论述。

2 高密度电阻率法原理

高密度电法是用供电电极（A、B）向地下供直流（或超低频流）电流，同时，在测量电极（M、N）间观测电势差（ΔUMN），并计算出视电阻率（ρs）,由此可得ρs的计算公式[2]：

式中，k为装置系数，本文章高密度电法均采用α装置；I为供电电流。

利用高密度电法进行野外测量时，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。各电极同时或不同时沿选定的测线按规定的电距间隔移动。该方法观测工作简单、效率高、信息丰富、解释方便、勘探能力较强[3]。高密度电法数据处理由程序自动进行，解释准确、方便。对少数奇变点进行圆滑处理时，利用最小二乘法进行二维反演计算，绘制电阻率反演成果图，解释人员根据异常形态和发育特征进行推断解释，以确定覆盖层厚度，推断目标物的地质—物性特征和赋存状态，从而达到解决工程地质问题的目的。

3 高密度电法的应用

3.1 高密度电法识别燃气管道

某工程项目区域地层属扬子地层区下扬子分区，地表大部分为第四系覆盖，出露志留系、石炭系上统、二叠系、三叠系及侏罗系下统～中统地层，缺失泥盆系及石炭系下统、侏罗系上统，被第四系覆盖的地层有奥陶系。第四系土视电阻率呈现相对低阻，开挖扰动后的松散回填土视电阻率明显升高，因燃气管道为PE材质，充满空气，其视电阻率为高阻。管道直径约为315mm，体积较小，在埋深较小的位置对体积场的贡献较大，在埋深大于1m以上时，对体积场的贡献较小，其宏观视电阻率被贫化。该燃气管道直径为315mm，开挖直埋段埋深小于2m，目标体的直径＞1/10的埋深，理论上可以探测出管道的视电阻率异常。

根据现场踏勘对某城市燃气管道进行探测，现场标示桩极少，且不在正确位置，PE管所带示踪线不连续，且直连连接不上，故不能用电磁感应法以及管线仪器直接探测，并且覆盖层为含水超低阻第四系土，不适合用地质雷达工作，故采用高密度进行探测。

管道穿越园区长度约4km，50～100m范围内布置了约40条垂直管道走向的高密度断面。从埋深及管径考虑，断面采用60道电极，电极距0.3m。电阻率测量装置采用温纳装置，该装置横向分辨率突出。电极数为60根，供电时间为4s。剖面布设采用皮尺量测，推测管道点位标记。本文选取了典型剖面解译。

断面采用60道电极，电极距0.3m，点号1～60，如图1所示，视电阻率值约为10～20Ω·m，点号45～50下方呈带状高阻的特征，视电阻率值在18～20Ω·m，由于剖面布在离耕织地表只有50cm的沟槽里，管道埋深只有0.6m，视电阻率对体积场的贡献明显增大，高阻异常较突出，扰动了含水界面，类似于地质上的高阻“断层”，埋管开挖施工区相当于将土壤松散回填，形成了一个高阻“断层”，推测为燃气管道开挖位置。后期经过开挖验证，燃气管道位置与推测相符。

图1 高密度1线剖面成果图

3.2 高密度电法识别排水管道

某城市工业园区（与前工程区域不在同一位置）地下管线情况复杂，存在大管径、大埋深的老旧非金属管线，管道穿越孟养浩路，属新建道路下的老旧管道，管顶埋深1.4m，管径1m，材质为混凝土，需要探明排水管道位置的分布情况，无法使用电磁感应等常规工程物探方法探测其平面位置及埋深，故采用高密度电法进行探测。

区域地层属扬子地层区下扬子分区，地表大部分为第四系覆盖，出露志留系、石炭系上统、二叠系、三叠系及侏罗系下统～中统地层，缺失泥盆系及石炭系下统、侏罗系上统，被第四系覆盖的地层有奥陶系。剖面垂直于管道布设，剖面长13m，点距0.5m，点号 17～43，如图 2所示，视电阻率值大致在 3～500Ω·m，点号21～22下方呈现封闭低阻圈的特征，视电阻率值在3～27Ω·m，管道大部分充水有裂隙贯通，形成了低阻封闭圈，推测为排水管道开挖位置。浅部的高阻为干燥的土层和水泥路面的反映。后期经过开挖验证，排水管道位置与推测相符。

图2 高密度剖面成果图

4 结语

在感应类电磁法受到地质条件和人文条件的限制时，高密度电阻率法通过提高横向和纵向分辨率，以达到识别小目标体的目的，这时，高密度电阻率法可以作为感应类电磁法的补充，例如，寻找孤石、浅部构造、较大口径，较大埋深的非金属管道，前人遗留的构筑物等[3]。在满足目标体的直径≥1/10埋深的条件时，高密度电阻率法可以探测出目标体。