高密度电阻率法应用(含举例、图解)

高密度电阻率法在岩溶探测上的应用
[摘要]简要介绍了高密度电阻率法的基本原理，详细分析了一个探测实例，通过理论与实践的结合说明了利用高密度电阻率法进行岩溶探测是一种有效的探测手段。

[关键词]高密度电阻率法装置岩溶
0 引言
衢州一窑上高速公路某段为挖方段路基，挖方高度为6—8m，该路段路基部分开挖至路基设计标高时，显露出直径大小不一的孔洞7个，人工插入钢钎发现孔洞深浅不一，伴有涌水现象，洞口有扩大趋势。

为了查清地下孔洞的分布范围，为进一步的治理提供依据，决定利用地球物理勘查方法进行探测，接受委托后，笔者随即对工区进行了早期调研，根据委托方提供的钻孔资料及野外踏勘，场地的地层自上而下有：亚粘土、卵石含亚粘土、碳质泥岩、灰岩等。

表1为该区各地层岩石的电阻率，由表可以看出，这些岩石的电阻率差异是明显的，适合进行电法勘查工作。

灰岩区内的不良地质现象主要是土洞和溶洞、溶蚀带，从地质资料可知，土洞是发育在覆盖土层中，要么是空的，要么充填很松散的土、电阻率偏高，而土层的电阻率又普遍偏低，因此，土洞在等值线剖面中的反映是仅次于土层中的高阻异常；溶洞位于基岩面以下，由溶蚀带逐渐溶蚀形成的，多充填有水土，从而电阻率偏低，由于完整灰岩的电阻率普遍偏高，因此在灰岩面下明显的封闭或半封闭低阻异常基本上是有充填溶洞的反映，不能封闭的带状低阻异常则是溶蚀带的反映，由于土洞、溶洞发育的位置、形状、大小都难有规律可循，根据委托方的勘查要求以及工区的地质地球物理前提，确定了利用高密度电法进行孔洞勘查。

高密度电法获取信息量大，分辨率高，在岩溶地区地下岩溶分布空间定位中有许多成功的例子。

1 高密度电阻率法概述
高密度电阻率法是近几十年发展起来的一种电法勘探新技术，它在工程勘察领域得到了广泛的应用，其基本原理与传统的电阻率法完全相同，所不同的是高密度电法在观测中设置了较高密度的测点，现场测量时，只需将全部电极布置在一定间隔的测点上，然后进行观测。

在设计和技术实施上，高密度电测系统采用先进的自动控制理论和大规模集成电路，使用的电极数量多，而且电极之间可自由组合，这样就可以提取更多的地电信息，使电法勘探能像地震勘探—样使用覆盖式的测量方式，图1为高密度电法工作系统示意图。

与常规电法相比，高密度电法具有以下优点：(1)电极布设一次性完成，减少了因电极设置引起的干扰和由此带来的测量误差；(2)能有效地进行多种电极排列方式的测量，从而可以获得较丰富的关于地电结构状态的地质信息；(3)数据的采集和收录全部实现了自动化(或半自动化)，不仅采集速度快，而民避免了由于人工操作所出现的误差和错误；(4)可以实现资料的现场实时处理和脱机处理，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。

由此可见，高密度电阻率法是一种成本低、效率高、信息丰富、解释方便且勘探能力显著提高的电法勘探新方法[1-4]
2 方法有效性试验
为验证高密度电阻率法在该地区的勘探效果并取得合适的测量参数，工作之前进行了高密度电阻率法的有效性试验，有效性试验在通过已知钻孔的0号线进行，尝试了α、β、α2、γ、A—MN—B四极测深排列、矩形A—MN排列等装置，经对测量结果的分析比较，以上各种装置(排列)对地下结构都有反映，但温纳装置(α排列)和矩形A—MN排列所获得的地电断面对地下结构的反映更为精细、清晰，同时矩形A—MN排列可进行滚动测量，易于实施长剖面的测量，因此该区的高密度电阻率法测量均选用矩形A—MN排列。

3 高密度电阻率法探测结果
野外数据采集时选用矩形A—MN排列进行变断面连续滚动扫描测量，电极距为2m，其电极排列如图2所示，测量时，M、N不动，A逐点向左移动，接着A、M、N同时向有移动一个电极，M、N不动，A逐点向左移动，得到另一条滚动线；这样不断滚动测量下去，
得到矩形断面。

测量时沿高速公路轴线方向共布设6条测线，0号线位于路基中央，0号线以南的测线按单数编号，以北的按双数编号，相邻测线之间的距离为5m，共60根电极，每条测线滚动3次，每次移动34根电极，每条测量断面的数据有效范围为204m，图3。

图5分别是0线、1线、2线高密度探测的反演结果。

4 探测资料解释
从图3可以看出，此断面上有二块电阻率低值区，推断为地下溶蚀裂隙或溶洞的反映，第一处是K284+939～K284+946段，其上顶埋深约7.6m，第二处位于K284+967～K284+970范围内，其上顶埋深大约为11.8m；图6是该断面高密度电阻率法探测结果的地质解释图。

图4是1号断面A—MN排列高密度电法探测的反演结果，从图中可以看出，此断面上也有二块电阻率低值区，推断为地下溶蚀裂隙或溶洞的反映，第一处位于K284+917～K284+919范围内，其上顶相对埋深约为8.4m；第二处位于K284+948～K284+953段，上顶埋深约为10.7m，图7是该断面高密度电阻率法探测结果的地质解释图。

图5是2号断面A—MN排列高密度电法探测的反演结果，从图中可以看出，此断面上有3块电阻率低值区，推断为地下溶蚀裂隙的反映，第一处是K284+896～K284+904范围内，其上顶相对埋深约为15.9m；第二处位于K284+940～K284+947段，上顶埋深约为7.8m；第三处是K284+967～K284 +972段，其上顶埋深约为10.2m，图8是该断面高密度电阻率法探测结果的地质解释图。

从以上的地质解释可以看出，0号测线的第一溶蚀区与2号测线的第二溶蚀区所对应的里程和埋深均相似，说明这两个溶蚀区可能是连通的；同时0号测线的第二溶蚀区与2号测线的第三溶蚀区对应得也较好，推测可能是相互贯通的溶蚀区。

根据本次高密度电阻率法探测的结果，施工方在推断为溶蚀裂隙或溶洞的地方打孔灌浆，都没有出现浆灌不进去的现象，说明本次高密度电阻率法探测溶洞是成功的。

4 结语
高密度电法具有测量信息丰富、对地下地质体的分辨能力高的优点。

特别是最近在高密度电法测量仪器的自动化和轻便化研究方面取得了重大的进展，使得高密度电法测量设备在野外工作的自动化和轻便化程度大为提高，野外工作效率高，使用方便。

通过本次探测表明高密度电阻率法用于探查灰岩地区的溶蚀裂隙和溶洞是可行的，结合钻探资料及其它物探资料，探测的准确度较高。

由于高密度电阻率法所具备的优点，使其能在灰岩区的勘探中起到重要的作用。

鉴于灰岩区内的基岩起伏较大，不良地质体较多，因此建议在灰岩地区的地质勘察中，首先采用高密度电阻率法并辅以其他物探方法进行普查，再做
钻探，必能起到事半功倍的效果。