超高密度電法原理及工程應用

■郝永梅

（吉林大學地球探測科學與技術(shù)學院 吉林長春 130012）

超高密度電法原理及工程應用

■郝永梅

（吉林大學地球探測科學與技術(shù)學院 吉林長春 130012）

超高密度電法方法技術(shù)成熟，數(shù)據(jù)處理軟件完善，已在重大場地工程地質(zhì)勘查中得到廣泛應用。本文通過對超高密度電法原理及特點介紹，并結(jié)合某機場建設(shè)工程應用實例進行分析，對超高密度電法應用做了相關(guān)探討。

高密度電法原理特點應用

1 超高密度電法儀簡介

1.1 超高密度電法儀

FlashRES 64多通道超高密度直流電法儀，其中電法儀的硬件部分主要包括電瓶、電極、數(shù)據(jù)線、開關(guān)和主機及開關(guān)轉(zhuǎn)換器等組成；軟件部分主要是由數(shù)據(jù)控制軟件、數(shù)據(jù)的傳輸和轉(zhuǎn)換和反演處理成圖及命令文件等組成。廣泛應用于堤防隱患探測；煤礦采空區(qū)、卡斯特地區(qū)的溶洞、山體滑坡等地質(zhì)災害勘等勘探；廠房地基、高速公路、橋梁、鐵路、人防工程等水文、工程、環(huán)境的高分辨工程地質(zhì)勘探；金屬與非金屬礦產(chǎn)資源勘探及地熱勘探。系統(tǒng)不僅是多電極，而且是多通道。它能同時采集61組v/i數(shù)據(jù)（國內(nèi)儀器絕大部分都是單通道，即只采集一組v/i數(shù)據(jù)），所以采集數(shù)據(jù)速度非常快。

1.2 超高密度電法儀的工作原理

超高密度電法勘探是以巖石的導電性差異為基礎(chǔ)，通過對人工地下電流場的分布規(guī)律進行觀測和研究，達到解決地質(zhì)問題的目的。其基本原理是：當從地面或井下供電電極通入地下穩(wěn)定電流，流經(jīng)不同的巖礦層、礦體和地質(zhì)構(gòu)造時，在地表或井中觀測到的電流場將發(fā)生變化。

超高密度電法打破了常規(guī)電法勘探中數(shù)據(jù)采集方式的限制，而采用自由無限制的任何四極的組合方式來采集數(shù)據(jù)，正是基于此，超高密度方法可采集到幾十倍于常規(guī)電法數(shù)據(jù)采集方式采集不到的數(shù)據(jù)。

在同一個64電極的排列中，常規(guī)的數(shù)據(jù)采集方式僅可采集到一千多個數(shù)據(jù)，而采用超高密度方法，就可采集到六萬多個數(shù)據(jù)，大大提高了反演結(jié)果的準確性和可靠性。

1.3 超高密度電法的特點

（1）具有世界先進水平的2.5維電法反演軟件（而不是簡單的二維），這使得數(shù)據(jù)輸出結(jié)果直接是真電阻率分布圖。這樣的電法數(shù)據(jù)結(jié)果使得資料解釋變得準確、容易和直觀。

（2）打破常規(guī)的電法數(shù)據(jù)采集模式。如雙極、wenner模式等等，而用全自動、全組合的數(shù)據(jù)采集方式，使得同樣電極數(shù)的情況下，采集的數(shù)據(jù)將超過常規(guī)方法40倍以上。

（3）不僅能做地面電法勘探，還可用于井井透視、井地斜視的勘探。多通道超高密度直流電法勘探系統(tǒng)井井和井地方法是將數(shù)個電極放入井中，并把它們既用于電流極也用于電位極，這樣可以更全面的測量數(shù)據(jù)，更重要的是將測量的數(shù)據(jù)進行反演而得到一個真電阻率分布剖面圖。由于在井中的電極距異常體較近，所以較容易勘測到這些異常體，這種利用井孔勘測百米以內(nèi)的地質(zhì)異常體非常有用。

2 超高密度電法儀資料處理方法

超高密度電法的數(shù)據(jù)處理主要包括兩大部分，即數(shù)據(jù)預處理和數(shù)據(jù)反演處理。數(shù)據(jù)預處理主要包括：編輯視電阻率值，對突變點和噪聲引起的畸變數(shù)據(jù)進行剔除；對由多個測量斷面組成的剖面進行拼接，把各電極所對應的平面坐標添加到數(shù)據(jù)文件中。超高密度電法裝置類型較多。各種裝置的不同其資料整理過程也不盡相同。在此以溫納(對稱四級)裝置為例，即選取AM=MN=NB=a，記錄點取在MN的中間，儀器所測視電阻率計算公式為：

ps=(KAB×△UMN)I，其中KAB=2xII×a

工作電極數(shù)為60或120個，電極距選1~5m。最大隔離系數(shù)選16或32。采集系統(tǒng)通過儀器自動選取A、B、M、N-并在60或120根電極中相互轉(zhuǎn)換。同時主機測試到不同位置不同層的ps值。最終完成整條剖面的數(shù)據(jù)采集工作，根據(jù)視電阻率值的變化異常來劃分地層分布情況。

3 工程應用實例

3.1 場址區(qū)高密度電法工作成果及解譯

此次物探工作的任務目標是探明某航空飛行場地兩側(cè)百米范圍內(nèi)的地下地質(zhì)概況，探明工區(qū)內(nèi)的地下巖溶分布，為后期的機場建筑工程提供安全性評價和建議。工作區(qū)位于東北地區(qū)某地，地形較為平緩，開展高密度電法工作較為便利。工區(qū)內(nèi)的主要地層巖性為泥巖、泥灰?guī)r、泥質(zhì)砂巖以及鈣質(zhì)泥巖。本次安評工程在場址區(qū)共布設(shè)超高密度電法測線4條，長度達2500米。

3.2 工程勘察反演剖面圖分析

在本次勘探的有效深度范圍內(nèi)，地層電阻率橫向上變化不大，表層電阻率較低，阻值在20-60歐姆之間，表現(xiàn)為粘土特性，40米以下電阻率相對較高，阻值在80-300歐姆之間，表現(xiàn)為砂巖特性，與工程場地的勘察結(jié)果基本吻合。總的來說工程場地地層平緩，略有起伏，在有效勘探深度范圍內(nèi)未見構(gòu)造異常。

4 結(jié)論分析

（1）超高密度電法可采集到幾十倍與常規(guī)電法數(shù)據(jù)采集方式采集不到的數(shù)據(jù)，大大提高了反演結(jié)果的準確性和可靠性。同時，也避免了常規(guī)數(shù)據(jù)采集方法中數(shù)據(jù)采集的片面性，而導致在同一地點采用不同數(shù)據(jù)采集方式采集的數(shù)據(jù)所產(chǎn)生的反演結(jié)果不同的缺點.

（2）超高密度電法具有61通道技術(shù)，有效的縮短了勘查的時間，提高了勘查的效率。

（3）超高密度電法成功的應用于機場場地建設(shè)的勘查，說明該方法具有現(xiàn)實可行性，可有選擇地代替高密度電法。

（4）結(jié)合詳細的地質(zhì)資料及勘察資料，超高密度電法能取得更好的勘查效果。

[1]湯浩，謝蒙，許進和.高密度電法在水文地質(zhì)和工程地質(zhì)中的應用 [J].珠江人民，2011，（39）.

[2]王德中,周斌,趙奎等.超高密度電法在工程地質(zhì)勘查中的應用 [J].有色金屬科學與工程,2010,24(1):10-12.

[3]楊定武.綜述地質(zhì)勘查中超高密度電法的應用 [J].城市建設(shè)理論研究：電子版,2011, (23).

F407.61[文獻碼]B

1000-405X（2015）-10-141-1

郝永梅（1980～），女，高級工程師，在讀碩士研究生，研究方向為地震監(jiān)測。