高密度电法在岩溶测探的应用

摘要： 高密度电法具有成本低、效率高、信息丰富等优点，已成为常见物探方法之一。本文介绍了高密度电法的应用实例，说明了高密度电法勘探技术在岩溶洞穴、地质灾害等探测领域具有较好的探测效果。

Abstract： High-density electrical method has the advantages of low cost， high efficiency， rich information， which has become one of the common geophysical prospecting methods. This paper describes the application example of high-density electrical method， and high-density electrical prospecting technology has the better detection effects in the fields of karst caves， geological disasters and so on.

关键词： 高密度电法；岩溶；裂隙；温纳；灰岩

Key words： high-density electrical method；karst；fissures；Wenner；limestone

中图分类号：P642.25 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）06-0075-02

0 引言

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。高密度电法能反映岩溶发育等引起的断面电性变化情况及岩溶电性异常体基本形态。

1 工作原理

高密度电法是一种阵列勘探方法，也称自动电阻率系统，是直流电法的发展，其功能相当于四极测深与电剖面法的结合。通过电极向地下供电形成人工电场，其电场的分布与地下岩土介质的电阻率ρ的分布密切相关，通过对地表不同部位人工电场的测量，了解地下介质视电阻率ρs的分布，根据岩土介质视电阻率的分布推断解释地下地质结构。这种方法原理清晰，图像直观，是一种分辨率较高的物探方法。近年来随着计算机数据采集技术的改进，使勘探效率大大提高，增大了剖面的覆盖面积和探测深度，在强干扰的环境下也能取得可靠数据，大大地提高了信噪比，可准确地探测地质体。由于高精度测深法可以实现电阻率的快速采集和现场数据的实时处理，从而改变了电法的传统工作模式。它集电剖面和电测深于一体，采用高密度布点，进行二维地电断面测量，提供的数据量大、信息多，观测精度高、速度快。

高密度测深法的前提条件是地下介质间的导电性差异，和常规电法一样，它通过A、B电极向地下供电（电流为I），然后测量M、N极电位差U，从而求得该记录点的视电阻率值ρs=K×U/I。根据实测的视电阻率剖面进行计算、处理、分析，便可获得地层中的电阻率分布情况，从而解决相应的工程地质问题。

2 测量装置

野外勘察采用高密度等比对称四极测深法又称温纳对称四极测深法（图1）。该装置适用范围有找矿、找地下水、找地质构造、岩溶勘察、基岩面探测、滑坡勘探以及公路路基、边坡、桥基、隧道勘察等。测量时，AM=MN=NB=AB/3为一个电极间距，探测深度为AB/3，A、B、M、N逐点同时向右移动，得到第一层剖面线；接着AM、MN、NB增大一个电极间距，A、B、M、N逐点同时向右移动，得到另一层剖面线；这样不断扫描测量下去，得到倒梯形地质断面。该装置的特点是对垂向分辨率比横向分辨率灵敏度高，抗干扰能力强。通常该装置用于电性的垂向变化（如对水平地层的分层）较有利，而对水平向变化的探测效果（如狭窄垂向结构或局部电性不均匀体）相对较差。

3 数据处理

资料处理过程采用计算机自动处理，人机交互解释。解释遵循从已知到未知的原则，根据高密度电法视电阻率剖面图，结合收集的地质资料，通过计算、分析推断地质体的地质特征和埋深。

4 工程实例

受重庆市某污水处理厂的委托，此次物探工作主要目的是探查测区内淤泥层的厚度、岩溶的发育情况等。通过前期的野外踏勘，在充分考虑了测区的地形地貌特征及地层产状等诸多因素的情况下，根据委托方的要求，采取水上高密度电阻率法勘探方式。

测区主要岩层为雷口坡组的薄～中厚层状灰岩以及飞仙关组的砂、泥岩并层；表层地表以素填土、粉质粘土为主，水下为淤泥。由于土层、淤泥等与基岩之间、岩溶区域与完整基岩之间均存在较大的电阻率差异，因此给物探工作的开展提供了物性前提。

本文针对该物探工程项目的3条测线剖面进行异常处理解释。

如图2所示，该测线推断解释土层及强风化层厚度在1.4m～9.0m之间；在距测线起点6.5m～45.2m之间为水体，深度在1.7m～4.9m之间；距测线起点10.3m～25.8m之间深度7.4m～17.5m之间的相对低阻异常推断解释为被充填的溶蚀区域或裂隙发育；距测线起点40.5m～45.5m之间深度7.6m～9.3m之间的相对低阻异常推断解释为被充填的溶蚀区域或裂隙发育。下伏基岩主要为灰岩。

如图3所示，该测线推断解释土层及强风化层厚度在3.4m～7.1m之间；距测线起点4.5m～34.8m之间为水体，深度在0.5m～4.2m之间。该测线未发现明显溶蚀异常，下伏基岩主要为灰岩。

5 结论及建议

本次水上物探工作对测区内淤泥层的厚度、岩溶的发育情况等进行了探测，基本达到了预期目的，表明了水上高密度电法的可行性。由于该场地横向地势较窄，导致测线的长度较短，对勘探深度有一定的限制，而沿水流方向距离过长，水上不利架设电缆。该场地内的水源经取样后室内测试，污水的电阻率值在11.4Ω.m～14.7Ω.m之间，与电法仪所测水体的电阻率值接近。由于地形地貌等对仪器的信号采集、资料的分析解释均有一定的影响，建议本资料应结合其他地质资料综合使用。

参考文献：

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