第四章 第三节 高密度电阻率法

通过对郭家村水库大坝坝体和坝基的物探及 钻探结果可知：坝体系壤土均质坝，含水量相同 的条件下，其电阻率随壤土中粗颗粒的含量不同 而不同，粗颗粒含量高时，电阻率大，反之，粗 颗粒含量低时，电阻率小，其变化范围为10～30 。 坝体中存在渗漏带时，由于渗漏带的含水量大， 电阻率明显降低。坝基砂层的电阻率为 ，坝基中 渗漏带的电阻率也相对较低。下伏基岩为凝灰岩， 电阻率较高，一般大于200 。
三种装置的视电阻率公式及其相互关系
由于一条剖面地表测量点总数是固定的，因 此，当极距扩大时，反应不同勘探深度的测点数 目将依次减少。若将三电位电极系的测量结果显 示于测点下方深度a的位置上，于是，整个剖面的 测量结果便可以表示成一种倒三角形的二维断面 的电性分布图。 利用三电位观测系统获得的三种视电阻率资 料，可根据它们的不同特点，用来解决不同的地 质问题。
Байду номын сангаас
（2）高密度电阻率法在水库大坝渗流安全评价中的 应用 郭家村水库位于山东省潍河水系百尺河的上 游，于1959年动工修建，1960年拦洪蓄水。该库 大坝为均质土坝，全长2007m，最大坝高17.0m， 迎水坡坡比为1:3，背水坡高程89.0m处设一顶宽 2.0m的戗台，戗台以上坡比为1:2.5，以下为1:3。 水库地质资料缺乏，部分坝段坝体和坝基常 年渗漏，渗流逸出点较高，坝后浸没严重，曾多 次出现险情，严重影响水库蓄水和安全运行，被 列为第二批国家病险库之一。
考虑到探测目的和大坝的具体地形情况，采 用温纳四极装置，与常规电阻率法相比设置了较 高的测点密度，在测量方法上采取了一些有效的 设计，使得数据采集系统有较高的精度和较强的 抗干扰能力。在充电法测出的河床坝段渗漏隐患 范围内的坝顶轴线上布置了一条纵断面，在河床 段渗漏严重的部位（1+134断面）布置了一条横 断面。
3.野外数据采集实现了自动化或半自动化，不仅采 集速度快（大约每一测点需要2-5S），而且避免 了由于手工操作所出现的错误。 4.可以对资料进行预处理并显示出剖面形态，脱机 处理后还可自动绘制和打印各种成果图件。 5.与传统的电阻率法相比，成本低，效率高，信息 丰富，解释方便。
二、高密度电阻率法采用的观测系统及特点 1.三电位观测系统 三电位电极系是将温纳四极、偶极及双二极 装置（微分装置）按一定方式组合后所构成的一 种测量系统。该系统在实际测量时，只需要利用 电极转换装置将每相邻的4个电极进行一次组合， 从而可以在一个测点便可获得3种电极排列的测量 参数。三电位的电极排列方式如图4-68所示。为 了方便，我们将上述3种电极排列方式也可以依次 称为α排列、β排列和γ排列。
上图为大坝1+060～1+480段坝顶轴线处高 密度电阻率成像。从该图像可以看出，大坝垂向 上存在三处隐患：① 坝顶1.5m以上，坝料电阻率 较高，一般在50～60 ，系砂类土的反映； ② 结 合地面高程，从深度上分析，坝体内部12.0m～ 16.0m处电阻率较高，一般在40～60 范围内，亦 系砂类土的反映；只是由于坝体壤土影响，电阻 率稍微降低； ③从深度上分析，深度16～17m应 为坝基，该部位电阻率较高，一般为50～60 ，亦 系砂类土的反映。
显然，高密度电阻率勘探技术的运用与发展， 使电法勘探的智能化程度大大向前迈进了一步。 由于高密度电阻率法的上述特点，相对于常规电 阻率方法而言，它具有以下特点： 1.电极布设是一次完成的，这不仅减少了因电极设 置而引起的故障和干扰，而且为野外数据的快速 和自动测量奠定了基础。 2.能有效地进行多种电极排列方式的扫描测量，因 而可以获得较丰富的关于地电断面结构特这的地 质信息。
双边三极观测系统示意图
三、高密度电阻率法的应用 1.野外工作布置 （1）测区和测网 根据需要解决工程问题的有限范围内来选择 测区和布置测网，可供选择的余地较少。 测网布设除了建立测区的坐标系统外，还包 含了技术人员试图以多大的网度和怎样的工作模 式去解决所给出的工程地质问题，在这里，经验 和技巧往往也是非常重要的。
3.主要仪器设备
4.高密度电阻率法的应用实例 近年来，高密度电阻率法在场地勘察、公路 及铁路隧道选线、坝基及桥墩选址、采空区及地 裂缝调查以及水库渗漏研究等领域取得广泛应用， 取得了明显的地质效果和显著的经济效益。下面 通过几个高密度电阻率法的实际例子来说明该方 法的应用。
（1）广东鹤山市某单位找水
第三节 高密度电阻率法
一、高密度电阻率法概述 高密度电阻率法仍然是以岩、土导电性的差 异为基础，研究人工施加稳定电流场的作用下地 中传到电流分布规律的一种电探方法。因此，它 的理论基础与常规电阻率法想同，所不同的是方 法技术。高密度电阻率法实际上是一种阵列勘探 方法，野外测量时只需将全部电极（几十至上百 根）置于观测剖面的各测点上，然后利用程控电 极转换装置和微机工程电测仪便可实现数据的快 速和自动采集，当将测量结果送入微机后，还可 对数据进行处理并给出关于地电断面分布的各种 图示结果。
2.装置
高密度电阻率法采用的主要电极排列方式有 温纳四极排列、联合三极排列、偶极排列和微分 拍了。不同的测量系统基本上以这几种装置为主， 但也各有特点。此外，当进行单孔或跨孔电阻率 成像的数据采集时，二极法供收方式往往成为最 经常使用的电极排列。
极距取决于地质对象的埋藏深度，由于高密 度电阻率法实际上是一种二维探测方法，所以在 保证最大极距能够探测到主要地质对象的前提下， 还要考虑围岩背景也能在二维断面图中得到充分 的反应。根据上考虑，三电位电极系的极距设计 如下：a=n· ∆x，其中n为隔离系数，可以由1改变 到15，也可任选， ∆x为点距。显然a=1/3AB，它 与勘探深度之间存在某种系数关系。
2.双边三极观测系统 该系统是在当供电电极A固定在某点后，在其 两边各测点上沿相反方向进行逐点观测。当整条 剖面测完后，在相同极距AO所对应的侧点上均可 获得两个三极装置的视电阻率。根据前面讨论电 阻率法装置时给出它们之间的相互关系表达式， 便可算出对称四极、温纳、偶极以及双二极等装 置的视电阻率值，进而可以绘出它们的视电阻率 断面等值线图。
如上所述，用充电法查明了大坝渗漏隐患的 平面分布，然后用高密度电法查明了大坝河槽段 渗漏隐患的垂向分布，但是隐患部位砂类土的颗 粒级配、渗透系数等物理力学指标需要地质钻探、 现场试验和室内试验来完成。 为此确定在充电法探测存在严重渗漏的两个 断面，即1+134和1+213横断面布置了6个钻孔来 取得土的物理力学指标。钻探结果：坝顶存在一 层粗砂砾石层，厚度为1.0～1.2m；坝体内部 12.0～17.0m存在厚5.6m的中粗砂透镜体；坝基 砂没有清除、隐患部位钻进时漏水。钻探结果与 物探判别基本一致。
上图为大坝1+134断面高密度电阻率成像。从 该图可以看出，大坝垂向上存在三处隐患：① 坝 顶1.0～1.5m以上，坝料电阻率较高，一般在 50～60 范围内，系砂类土的反映；② 结合地面 高程，从深度上分析，坝体内部11.5m～16.0m处 电阻率较高，一般在40～60 范围内，系砂类土的 反映；③ 从深度上分析，深度16～17m应为坝基， 电阻率较高，一般为50～60 ，亦系砂类土的反映。