高密度电法的原理及工程应用

２００７年６月　韶关学院学报·自然科学　Ｊｕｎ．２０ｏ７　第２８卷　第６期　Ｊｏｕｍａｌ　ｏｆ　Ｓｈａｏ￣＇ｕａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ·Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｖ０１．２８　Ｎｏ．６　高密度电法的原理及工程应用　邓超文　（广东省公路勘察规划设计院，广东广州５１０５０７）　摘要：介绍了高密度电法的发展、原理及应用．高密度电法具有设备简单、使用方便、准确度高、对工程无破损等特　点．经比较分析，其结果与地质资料吻合较好，这为推广应用高密度电法提供了科学合理的依据．　关键词：高密度电法；采空区；隧道；探查方法　中图分类号：ＴＮ９１５．０２　文献标识码：Ａ　文章编号：１００７—５３４８（ａ（ｘｒｚ）ｏ６—００６５—０３　高密度电法是采空区、岩溶、断裂构造调查中的有效方法之一，高密度电法兼具剖面法与电测深法的效　果，并具有点距小、数据采集密度大、能直接反映基岩起伏状态等优点．高密度电法测量的二维地电断面能　较直观地反映基岩界线和基岩构造，能够了解与围岩存在电性差异的断裂构造的发育情况，圈定采空区的　范围．　１高密度电法发展简介　电法勘探的研究始于ｌ９世纪初期，１８１５年首先在英国康瓦尔铜矿上观察到了由矿产生的天然电流场，　当时仅限于科学研究，还没有实际应用．到了２０世纪为了适应工业发展的需要，矿产资源的开发和科学技术　的进步促使电法勘探方法产生并应用到生产实际中．　电法勘探是地球物理勘探中的重要方法之一．它是以岩矿石的电性差异为物理基础．电法勘探从产生　至今１３，得到了广泛的应用并且经过８０余年的实践和创新，已经形成了一个理论比较完善、方法多样的地球　物理勘探的重要技术手段．　但是，通过常规电法获得的信息量很少，所提供的地电断面的结构特征的地质信息极为贫乏，无法对其　进行统计处理和解释．近年来随着数理方法的不断进步和计算机技术的发展，使处理大量的数据进行反演　成为可能，电法勘探的专家们：不断探索新的方法，来解决更加复杂的电法勘探的问题．高密度电法的提出和　付诸实施使电法勘探也可以和地震勘探一样采用覆盖方式更快、更准确的采集信息，更高精度的进行　反演，使电法解释资料更加直观、明了，可以说这一新技术的出现是电法勘探的一大进步．　２０世纪８０年代后期，我国地矿部系统率先开展了高密度电阻率法及其应用技术研究，从理论与实际结　合的角度，进一步探讨并完善了理论及有关技术问题．近年来该方法先后在重大场地的工程地质调查、坝址　及桥墩选址、采空区、岩溶区及地裂缝探测等众多工程勘察领域取得了明显的效果＿】Ｊ．　高密度电阻率法同常规电阻率剖面法、测深法相比，既能提供探测地质体在某一深度沿水平方向的电　性的变化趋势，也能反映地质体在沿垂直方向不同深度电性的变化情况，该方法能从二维水平上反映出探　测地质体的电性畸变特征．高密度电阻率法主要有如下优点Ｌ２］：（１）电极布设是一次完成，测量过程中无须　更换电极，可以防止因电极设置而引起的故障和干扰．（２）能有效的进行多种电极排列方式的参数测定，可　以获得较丰富的关于地电结构的信息．（３）数据的采集和收录实现了自动化（或半自动化），不仅采集速度快，　收稿日期－＇２００］一０４—２３　作者简介：邓超文（１９７３一），男，广东阳西人，广东省公路勘察规划设计院工程师，主要从事高速公路工程勘察及研究　维普资讯 http://www.cqvip.com ６６·　韶关学院学报·自然科学　２０。ｒ７年　而且可避免人工操作引起的误差和错误．（４）可以实现资料的现场实时处理或脱机处理，可以根据需要自动　绘制和打印各种成果图件，大大提高了电阻率法的智能化程度．（５）与传统的电阻率法相比，成本低、效率　高，信息量丰富，解释能力方面显著提高．但是，高密度电法是一种较新的物探方法，需要通过实践应用和总　结归纳对该方法进一步完善．　２高密度电法的基本原理　２．１　高密度电法的工作原理　高密度电法的基本工作原理…与常规电阻率法大体相同．它是　以岩土体的电性差异为基础的一种电探方法，根据在施加电场作用　下地层传导电流的分布规律，推断地下具有不同电阻率的地质体的　赋存情况．高密度电阻率法的原理是地下介质间的导电性差异．和常　规电阻率法一样它通过Ａ、Ｂ电极向地下供电流Ｉ，然后在ｔｖｌ、Ｎ极间　图１高密度电阻率法工作原理示意图　测量电位差ＡＶ，从而可求得该点（Ｍ、Ｎ之间）的视电阻率值（图１）．根据实测的视电阻率剖面进行计算、分　析，便可获得地层中的电阻率分布情况，从而可以划分地层，确定异常地层等．　２．２　高密度电法的设备组成　高密度电法数据采集系统…由主机、多路电极转换器、电极系统３部分组成．多路电极转换器通过电缆　控制电极系统各电极的供电与测量状态．主机通过通讯电缆、供电电缆向多路电极转换器发出工作指令，向　电极供电并接收、存贮测量数据．数据采集结果自动存入主机，主机通过通讯软件把原始数据传输给计算　机．计算机将数据转换成处理软件要求的数据格式，经相应处理模块进行畸变点剔除、地形校正等预处理　后，做视电阻率等值线图．在等值线图上根据视电阻率的变化特征结合钻探、地质调查资料进行地质解释，　并绘制出物探成果解释图．　目前，国内外生产的高密度电法观测系统较多，主要　厂————一数据采集部分—————］厂数据处理部分］　是由多功能数字激电仪、多路电极转换器、高级电法处理　软件等部分组成．　３应用实例　高密度电法是许多普通电法排列、测点的集合，通常　将许多电极（一般为６０个），按一定极距（一般为１　５　ｍ）　排列，通过电缆、开关控制箱与测量仪器相连．测量时，测　量仪器通过指令控制开关控制箱，以一定的排列顺序将　图２高密度电法系统示意图　电极转换成供电电极或测量电极．　根据不同的电极排列顺序和测量方式，可分为不同的装置方式，以下实例勘察使用装置为：点距５　ｍ、６０　个电极、排列长２９５　ｍ，滚动覆盖，ａ排列（温纳装　置）．　５０　１∞　ｉ５ｃｉ　近年来，高密度电阻率法被广泛应用于大型．　高速公路工程中，如：广梧高速公路、西部沿海高．帕　速公路、广贺高速公路、韶赣高速公路等等，现举．　若干工程实例，以说明其应用效果．　．　３．１　应用于隧道工程　，　某隧道高密度电法剖面表现出较规则的高．　阻、低阻相间异常现象（见图３），其地面位置与地　舶　４【】　郇　劬　ｆ棚ｉ如ｉ蚰　劬　ｆ　圳０艘０　“　０瑚　质调查中隧道破碎带露头位置相符，结合地质情　况，推测为断裂构造引起，其埋深的隧道线路位置　图３某隧道高密度电法视电阻率剖面图　维普资讯 http://www.cqvip.com

第６期　，　邓超文：高密度电法的原理及工程应用　－６７·　约在ｌＯ～３Ｏ　ｍ，隧道区地质情况较复杂．该隧道进行了工程地质调绘及钻探，资料表明与高密度电法的勘察　结果相吻合．　３．２　应用于采空区　高密度电法视电阻率拟断面图中对于空洞、裂缝等隐患主要表现为高电阻（如果空洞充水或充泥则表　现为低电阻）、低密度和低介电常数等＿３　；对于软弱层或软弱体、渗漏通道等主要表现为低电阻、低密度等．　采用高密度电法结合钻孔资料，可以确定若干异常为采空区引起．从图４的探测剖面图看，采空区的发育及　规模等特征一目了然，某些钻：深未揭露的采空区也反映出来了，这种效果仅靠钻探是无法做到的．　括高（｜）　麓ｌ　ｌ　：　Ｉ　Ｉ　·　ｒ　Ｉ　ＩＩ　翟　Ｆ＿柑　±井￡鼻ｌ｜ｇ覆＿肚　同ｒ院ｊ错景葛啦等　罩ｌ帽　曩Ｔｔ　＿粤　Ａ　Ｂ　图４某采空区高密度电法视电阻率拟断面图（Ａ）及地质解译图（Ｂ　Ｊ　４结束语　实践结果表明，该方法对山区、采空区等特殊地区的浅层构造及不良地质均可取得较理想的探查效果，　为工程建设提供了可靠依据，节省了勘察费用，具有较高的经济价值．　高密度电阻率法有其独特的优越性，也存在局限性和不足之处．如沿线的电力设施、地下管线等都可能　引起视电阻率曲线的畸变，影响探测结果的精度，也不能了解岩土的力学性质．由于方法的局限性，异常区　不排除由于局部地质体的物性突变（例如大块孤石、劣质碳、炭质页岩夹层等）的影响，需进一步进行钻探验　证＿２　Ｊ．因此需要与钻探配合方可取得优质高效的勘察成果．　参考文献：　［１］傅良魁．应用地球物理教程一电法勘探［Ｍ］．北京：地质出版社，１９９１．　［２］葛如冰，黄伟义．高密度电阻率法在灰岩地区的应用研究［Ｊ］．物探与化探，１９９９（１）：３６—３８．　［３］王文州．物探技术在高速公路溶岩地区地质勘探中的应用［Ｊ］．中外公路，１９８６，２１（４）：５６—５８．　［４］刘晓东，张虎生，朱伟忠．高密度电法在工程物探中的应用［Ｊ］．工程勘察，２００１（４）：６４—６６．　Ｔｈｅ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｈｉｇｈｄｅｎｓｉｔｙ　ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ｍｅｔｈｏｄ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ＤＥＮＧ　Ｃｈａｏ—ｗｅｎ　（Ｈｉｇｈｗａｙ　Ｓｕｒｖｅｙ＆Ｄｅｓｉｇｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ　Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　５　１０５０７，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｈｉｈｇ—ｄｅｎｓｉｔｙ　ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ｍｅｔｈｏｄ　ａｒｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ａｒｔｉｃｌｅ．　Ｔｈｉｓ　ｍｅｔｈｏｄ　ｈａｓ　ｓｏｍｅ　ｓｐｅｃｉａｌｔｉｅｓ　ｓｕｃｈ　ａｓ　ｓｉｍｐｌｅ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，ｕｓｅ　ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｆｌｙ，ｈｉｈｇ　ａｃｃｕｒａｃｙ　ｎａｄ　ｎｅｅｄｎ’ｔ　ｄｏ　ｎａｙ　ｈａｒｍ—　ｌｅｓｓ　ｔｏ　ｗｏｒｋｓ．Ａｆｔｅｒ　ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｓｉｓ，ａｕｔｈｏｒ　ｆｏｕｎｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｏｕｔｃｏｍｅ　ｏｆ　ｔｈｉｓ　ｍｅｔｈｏｄ　ｉｓ　ｕｎａｎｉｍｏｕｓ　ｗｉｔｈ　ｇｅｏｌｏｇｙ　ｄａ—　ｕｔｎｒ　ａｎｄ　ｈｔｉｓ　ｅｎｄ　ｇｉｖｅ￣ｓｃｉｅｎｔｉｉｆｃ，ｊｕｓｔｆｉｅｄ　ｅｖｉｄｅｎｃｅ　ｆｏｒ　ｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｈｉｉｈｇ　ｄｅｎｓｉｔｙ　ｅｌｅｃｔｒｉ，ｃｌａ　ｍｅｔｈｏｄ；ｈｏＨｏｗ　ａｒｅａ　ｉｎ　ｍｉｎｉｎｇ；ｔｕｎｎｅｌ；ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　（责任编辑：颜志森）