高密度电法在岩溶地基勘察中的应用研究

[摘要]实际工作表明高密度电法应用在岩溶地基勘察工作中，其具有工作成本较低并且工作效率较高等优势，因此被广泛应用在岩溶地基勘察。本文介绍了以静电场理论作为基础的高密度电阻率方法，分析了断裂、溶洞以及滑坡等地基类型的地理特点，并且结合了某高速公路采用高密度电法应用在岩溶地基勘察的相关资料。同时也指出了不同类型的地电模型表现出来的异常分布，并总结出了一些有助于探测工作顺利开展的数据处理分析措施。

[关键字]岩溶 高密度电法 低阻屏蔽 构造

[中图分类号] P5 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-3-130-2

由于溶沟、落水洞以及溶洞等其他岩溶形态属于不良的地质类型，如果公路地基施工中存在这类型地基，会对路基具有的承载能力产生破坏，最终造成路基出现局部塌陷或是不规则沉降等严重损坏情况[1]。所以，在施工之前对公路地基进行勘察非常重要。而高密度电法在数据资料收集工作方面以及数据处理工作方面进行了特殊设计，所以其应用在地质勘察工作中获得了比较好的经济效益以及社会效益。

1某工程区地质情况分析

1.1分析地形和地貌特点

该工程中勘察地区处于长江北岸地区，该地区沿线地势起伏相对比较大，大部分海拔高度均在200～1000m，其位于四方山地区至老林包地区范围内，其中老林包最高峰海拔为1862m，四方山中最高峰为1341m。其中奉节老县城这一地带属于低地地区，海拔在100m左右。这一地区中相对海拔差值在200～500m左右，是低山丘陵地带。其地貌类型包括：侵蚀地貌、堆积地貌以及溶蚀地貌，另外还包括构造侵蚀地貌类型。区内山岭众多并且连绵不断，地形比较陡峭，山体雄伟，该地区地貌由于遭受岩性以及地质构造影响比较显著，区内山岭走向为东西方向，这与区域构造线和地层走向大体相同。

1.2该工程区内的地质构造分析

该工程区内沿线地质构造相对比较复杂，其处在新华夏系第三隆起地带和第三沉降地带相互连接的接壤位置，也是沉降褶皱的边缘地带。该工程中设计公路线路沿线的地质构造类型大部分是褶皱变形类型，这地带中没有断裂构造类型。并且工作区中预先设计线路沿线由朱衣镇背斜以及故陵向斜构成。

2该工程区中地球物理情况分析

经过多次试验工作了解到，勘察区内具有开展物探工作的有利地球物理优势，出现下伏基岩以及第四系松散覆盖地层均表现出不同程度的风化作用，因此导致地下介质具有显著的电阻率差异情况。并且地下水具有的溶蚀作用和基岩具有的风化作用，导致了该工区中岩溶发育比较彻底，因此该工程区可以采用高密度电法进行地基勘察，可以帮助划分溶蚀区，还能探明滑坡地质、断裂等地质。

3进行物探操作的工作布置要求

对于该工程区而言，需要处理的工程地质问题包括探明高边坡地基、桥基情况以及挡土墙地基类型，另外还有隧道结构中的岩土特点，帮助划分岩石与土质的分界线，以及帮助明确溶洞分布情况等。因此，在进行物探工作中应根据这几点原则来开展。

（1）针对电极位置的排列工作

工作中为了能验证该地区采用高密度电阻率方法来帮助勘探所获得工作效果，以获得最佳测量数据，可以在勘探之前对高密度电法进行试验工作。试验在经过已设置好的钻孔设备的0号线来完成，其中分别试验了α、β以及α2、A-MN-B和γ四极测深排列装置，也尝试了矩形A-MN排列等其他试验装置。通过对比分析所得测量结果，上述排列装置都对低下结构产生反映，分析可知矩形A-MN排列以及α排列装置取得的地电断面能更清晰、精细的反映地下构造。另外，矩形A-MN排列装置能开展滚动测量，更方便进行长剖面的测量工作。所以，该工程区采用的高密度电阻率方法进行测量，全部是采用矩形A-MN以及α排列装置类型。

（2）对探查深度进行厘定工作

随着电极相互距离的增大，所得测量数据的精确度也会随着降低[2]。所以，应将探查深度设计为探查对象深度值的1.3倍左右。但是也需要根据施工现场具体情况来确定，在现场环境允许的条件下，该值也可以设计为2倍左右，但是要做到确保深度和精度。

（3）确定电极间隔距离

高密度电法探测所得结果存在体积效应，然而断面分析具有的分辨率还是等同于最小电极间距值。因此，可以将最小电极间距设计为探查深度值的1/15～1/10倍左右。为了能更好的进行探查工作，预防出现“伪像”情况，应该根据能辨别最小目标对象的相关数值来确定最小电极间距值。

（4）处理低阻屏蔽和高阻屏蔽相关问题

工作中，高导电层位于表层结构时，大多数供电电流就会通过表层，从而出现“短路”情况，电流无法进入深部结构中，此时这个表层就形成了低电阻率的一个屏蔽层结构，也就是低阻屏蔽现象。对于红层地区以及地表土盐渍化地区等均会在表面构成高导电层。因此，这些地区如果采用电阻率法非常不利。另一方面，电流无法深入内部，不能帮助反映深部结构的具体情况。如果遇到疏散且干燥的砾石覆盖地表，就会严重影响电极接地效果，使接地电阻增大。此时可以在电极处加入盐水，帮助调整电极接地情况。也可以采用低频交流供电替代直流供电。

4分析成果资料

因为地下存在不均匀物体，接地电阻值比较大，地质噪声、地形起伏等因素都会出现一定干扰作用[3]。为了获得比较真实的探查结果，通常情况下都要对原始数据做适当预处理，帮助减少干扰作用。其中预处理措施包括：消除虚假点、地形校正以及相邻断面之间的数据拼接等。

4.1分析地形校正工作

在进行野外勘察过程中，尤其是在测量断面工作中，经常会遇到地形起伏情况。因为地形异常情况存在，造成视电阻率异常的位置和形态出现位移以及变形情况，有时也会将有用异常掩盖住，所以，需要帮助校正高密度电阻率方法所获得的测量数据。地形校正是采用有限差分以及有限单元方法来完成工作的。

4.2对测量所得资料进行正演和反演处理

有限单元方法是一种数值计算方法，其是以剖分插值以及变分原理作为基础。在对稳定电流场进行求解时，可先采用变分原理在已知边值情况下求解关于电位的微分方程，使其等价变成求解变分方程问题，这也是泛函的极值求解问题。第二步就是将连续的求解区间进行离散化，也就是根据某些要求将求解区域剖分成在节点位置上连接起来的网格单元。最后在每个单元中将变分方程进行离散化，在将变量为各节点电位值的高阶线性方程组导出，并求解出这些节点位置上的电位值，以获得地下结构中半空间电流场的分布情况。

4.3分析资料反演情况

在处理由高密度电阻率法所测量得到的相关数据时，可以选择佐迪法来实行二维反演工作。其中佐迪法是通过反复对初始模型参数进行调整，并使实际曲线和正演曲线两者差别变成最小。然后最后得到的模型参数就是反演所得结果。其基本思想为先假设模型中的层数等同于测深曲线中的点数总量，各层电阻率值是测深曲线中各对应位置点的视电阻率值，并且各层深度值为测深曲线对应位置点的电极距与某个常数的乘积。通过这个模型所得的这一理论测深曲线，与野外实测曲线比较，如果两者曲线同相，可对各层电阻率进行适当调整，然后在正演该理论曲线，待到模型与实测曲线两者的均方根差异最小。通过这种方法获得的模型就是实测获得地质模型结构。

5结语

综上所述，高密度电阻率方法由于具有显示比较直观、工作成本费用比较低以及效果良好等优势，被广泛应用在岩溶地基勘探工作中。在进行勘察岩溶地基工作中，要根据精确的钻孔相关资料来帮助验证物探工作效果，其能在很大程度上帮助提高物探所得数据资料的精度度。

参考文献

[1]闵得极，王飞荣，黄志芳.高密度电法在岩溶地基勘察中的应用[J].2012（03）：55-56.

[2]李帆，陈希，高燕希.高密度电法在岩溶地区路基勘测中的应用[J].公路与汽运.2012（02）：126-128.

[3]韦卫明.高密度电法在工程勘察应用中的体会[J].煤炭技术.2011（02）：134-135.