高密度电法在水文地质中的应用

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［摘要］结合金珠水路工程实际状况与要求，针对工程水文地质与工程地质情况，提出了运用高密度电法实施勘探的方法。通过对高密度电法基本原理、优势特点、工作方法以及具体应用的分析得出，该勘探方法具有较高的可行性与准确度。

［关键词］高密度电法;水文地质;工程地质;应用

作为一种全新的电子勘探技术，高密度电法依靠介质电性的相互差异，可对天然或人工的电场进行勘探。高密度电法的测量密度点较为密集，可以获得许大量的信息，在工程地质与水文地质等勘探工作中较常用。在运用高密度电法实施测量时，可显著减小电磁所带来的干扰与影响，进而大幅降低了事故发生几率，进一步提升了勘探准确度与工作效率。

1工程概况

金珠水库工程位于纳雍县治昆乡建新河一级支流凹猪河上，地处E104°55＇40"至E105°38＇04"，N26°30＇16"至N27°05＇54"，工程主要任务是向纳雍县城供水，其中输水管线长约43km。坝址距纳雍县56公里，离治昆乡6km左右，有县道柏油路通往治昆乡，乡村公路通往坝址，交通较便利。

2高密度电法基本原理与优势特点

2.1基本原理

高密度电法是一种将电探测法与电剖面法相结合的勘探技术，从基础角度讲，它与传统意义上的电阻率法十分相似。但二者并不等同，主要差别在于存在高密度观测位置被设定于观测部分，这种勘探方法倾向于陈列勘探，具体而言，就是电极间进行的自由组合使得勘探存在一定覆盖式特征。在实施现场测量的过程中，需要将所有电极都设置在剖面测点上。程控电极中的转换开关与电测仪器同时进行工作，信息采集随即开始。采集的主要对象为针对剖面上各不相同的电极距与组合方式所对应的数据信息。

2.2优势特点

1)高效率。

在勘探过程中，电极布置操作可一次完成，节省了大量的工作流程，相应地也减少了不必要的干扰与影响，用于修复与调整的时间被省下，从而间接提高了工作效率。

2)多样化。

测量方式与电极排列存在一定联系，由于电极的数量较大，所以排列方式有许多种可能，测量方式因此而千变万化，所以可以从许多个层次进行分析。

3)自动化水平高。

就目前来看，野外采集已完全实现半自动化，人工操作简单快捷，人力支出得到了大幅缩减。另外，随着地球物理反演的持续完善，电阻率成像效果得到了一定提升，从过去的一维跨度转变成三维跨度，精确地实现了解释精度跨越。在我国，高密度电法的应用已较为成熟，具有较高的应用范围与经济性。

3高密度电法工作方法

3.1现场测量

首先对测量线、点进行布置，预先选取完成之后，全部电极需设置于具有一定间隔的点位上。之后经过转换设备所必须的特殊电极，此类电极自由组合成指定的设备与间距，针对各个电极设备与间距所进行的观察可在剖面电阻率方法中的测点内快速进行。观察的同时辅以数据处理、绘图与解释软件，可以在最短的时间完成勘探工作。

3.2数据前处理

对于地形情况较为复杂多变的横截面而言，其海拔坐标需要添加至数据文件当中，为后续反演处理提供重要的参考。通过对此过程收集到的数据分析和计算以后，采集到的数据资料就可以转换成电阻率之前的联系。

3.3反演处理

创建初始的二维地电结构模型，结合地质普查资料选取适宜的反演参数，如阻尼因子、迭代次数以及收敛极限等，此后运用最小二乘法进行反演计算，最后对反演计算得到的结果进行查看。另外，还要对地形进行校正，最终得到的地电断面可以使用在地质解释过程中。

4高密度电法应用实例

4.1水库大坝渗漏探查

金珠水库工程下坝址的低邻谷是建新河。根据地表调查，左岸有断层构造发育，左岸坝肩孔zk6发现溶洞溶隙，稳定地下水位65m左右，高于河床;河心孔zk5水位为6.5m，低于河水位6m左右;右岸坝肩孔岩芯较完整，但稳定地下水位为78.5m，低于河水位3m左右。鉴于两岸山体雄厚，库水向邻谷建新河渗漏的可能性小，主要是库首绕坝渗漏。T1yn2泥岩为隔水层，确定为左岸帷幕的防渗边界，右岸帷幕防渗边界接飞仙关砂泥岩地层，以切断库水沿T1yn1向建新河渗漏的可能性通道。帷幕下限根据岩体风化、透水性与地下水位进行综合考虑，确定帷幕灌浆防渗底界，则有效防渗面积为92400m2。

4.2水库库岸稳定性探查

下坝址正常蓄水位1579m，上下坝址之间河段长1170m，岸坡地形坡度一般35°～50°，河谷为斜向～横向谷，岩层陡倾下游，65°～80°。水库蓄水后，库岸稳定性好，仅在下坝址上游300m处右岸有一崩塌堆积体。水库蓄水高度大于崩塌堆积体后缘，水库蓄水后可能引起浅层滑塌，最大方量约2000方左右，由于为库水位以下的浅层滑动，对水库影响不大。

4.3海堤砌石体深度探测

按照相关标准选出一个具有代表性的海堤砌石体，运用高密度电法对其深度进行探测，得出反演色谱表示图。被测区域中，绝大多数提防工程都建立在抛石的上端。迎水侧实质上就是趋近于直立形式的浆砌石挡墙，填方下层基础主要由淤泥、含泥中细砂层以及淤泥夹薄粉砂层等构成。通过对反演成果的分析得知，其主要呈现出常见的电阻率三层水平形式分布，整体起伏相对较小。在此基础上，对被测区域中的抛石电阻率进行测试，并对地质信息进行深入分析，将维持在30～40n•m的电阻率作为抛石和填土的主要划分依据，同理将10n•m以内的电阻率作为填方下层基础结构的主要划分依据。通过进一步分析可知，砌石层的实际厚度达到6.0m，填土相较于砌石层薄，厚度为2.0～4.0m。

4.4滑坡体分界面应用

按照相关标准选出一个具有一定代表性的枢纽工程，运用高密度电法对其滑坡体进行探测，得出反演色谱表示图。色谱不存在规律层次，从整体的角度看，其中低阻带大多分布于中部与上部，并且是较不连续的。此外，高阻凸起点有两个，其表层存在稍高阻反应。下埋深度保持在6～17m范围内，实际电阻率可以达到120Ω•m。为进一步验证上述结果，对被测区域进行钻探，钻探结果显示预测结果与实际情况完全吻合，确实存在滑坡体，再次有利证实了高密度电法的可靠性与准确性。

4.5应用于地层划分

按照相关标准选出一个具有一定代表性的供水线路，运用高密度电法对其地层进行探测，得出反演色谱表示图。由反演色谱可以明显看出，电阻率曲线主要呈现出一种闭合与半闭合相交的情况，实际电阻率取400Ω•m，这是由于受到回填砂性土的影响而产生的。表层下方的多个桩基中存在阻倒U型闭合圈，这是由于受到淤泥质土的影响而产生的，其余桩段地层大多为粉质黏土。

4.6高密度电法其他应用范围

除以上应用范围外，高密度电法还能使用在建筑选址、高等级公路桥梁建设以及机场跑道等重点工程的地质勘探工作中，这些都离不开高密度法的支持。在对坝体整体强度与起伏特点进行分析和评定的过程中，高密度电法同样可以使用，而且所得到的成果也较为准确。实例表明，合理运用高密度电法可以十分准确地得出岩溶地区中水资源的主要分布情况;借助瞬态瑞雷面波法可以很好地解决机场扩建工程必须面临的岩土勘察难题;还可对河道以及墓穴等进行定位和测量，以此更好掌握实时信息，为施工提供可靠的数据参考和技术支持。

5结语

高密度电法是当前较为先进的新型电探技术，依靠全面的技术支撑，在进行日常工作中可以大幅缩减电磁干扰与事故发生几率，极大地提升了工作的准确性与效率。另外，在勘探过程中，可以实现自动化采集，在较短时间内即可获取大量的信息，省去了重复操作，进而在地质工作中发挥出不可替代的重要作用，其应用范围也会随着工程的发展变得越发广泛。

［参考文献］

［1］汤浩，谢蒙，许进和.高密度电法在水文地质和工程地质中的应用［J］.人民珠江，2011(S1):39－41.

［2］苏恒.高密度电法在水文地质和工程地质中的应用［J］.中国高新技术企业，2014(6):126－127.

［3］付杰.高密度电法在水文地质和工程地质中的应用［J］.黑龙江水利科技，2014(2):25－27.

作者：刘金安 单位：贵州省水利水电勘测设计研究院