高密度电法在工程物探中的应用

高密度电法在工程物探中的应用

秦显科 1 林凡生 2 梁小龙 3

1.3. 上海山南勘测设计有限公司， 上海 200120 2. 中国冶金地质总局青岛地质勘查院， 山东 青岛 266109

摘 要：密度激电法法是一种基于传统密度激电法和高密度电法的勘探方法。本文简要介绍了高密度电法的基本原理、工作方法和特点。例如，小型煤矿、金属矿和铁矿被用于观测工程设备。在此基础上，首先阐述了高密度电法的工作原理和工作流程，结合实例分析了高密度电法在工程代理中的应用，以提高勘探代理数据收集效率。

关键词：高密度电法；工程物探；应用研究；现状分析

前 言：目标体的浅深度和小尺寸是当前工程地质研究中常见的问题。传统电气剖面或电测深仅允许在铺设电线后在一个注册点进行数据观测，不符合地下管道、防空洞、岩溶等的要求。用于电气测量中的短距离和高数据采集密度。与普通电气测量相比，高密度电气测量具有较高的建筑效率。地理剖面测量提供了二维剖面测量和测深测量，并在最后一次联机后对成千上万个注册点进行数据观测。近年来，高密度电法迅速发展，广泛应用于工程勘探的各个方面。

1 高密度电法概述

1.1 含义

目前，高密度电法是一种广泛使用的地球物理工程方法，其基础是传统的地球物理方法。它结合了电测和电剪的优点，取其精华，走在它的右边。高密度电法是先进的地球物理工程法，高密度电法原理与普通电法原理基本相同。电流I通过电极a和b提供给地面，△V是极m和n之间的电导率差，器件系数设置为k，极m和n中间的电阻系数通过ρ = K·△V/I公式得到，例如在滑移研究中采用高密度电法观察人工监测下的地下稳定点进程，找出其分布规律，并根据分析和研究结果进行研究，找出解决地质技术问题的办法。高密度电法可直接反演电阻率剖面数据，利用现代反演技术，包括土壤密度、岩体密度分析和边界分析，对工程代理进行研究分析。该方法可直接反映在电阻率剖面中，因此该方法高密度电法实现了与现代信息技术的有效集成，利用信息技术进行数据收集和处理，自动化程度高。同时，减少了工作人员的工作量，大大减少了工作人员工作中出错的风险，大大减轻了人力资源的工作量。

1.2 高密度电法具体工作方法

高密度电法主要由低频交流电流供电，检测结果一般反映在土层的视觉电阻上。可以说高密度法的本质是直流电阻法。高密度电气方法操作系统由主机、计算机、转换器和高密度电气系统组成。在实际数据处理中，高密度主机的主要功能是数据传输，而计算机执行相关的数据处理，转换器通过电缆控制每个电极系统的运行。采用高密度电气方法处理数据的具体方法如下:首先，每台电极测量和收集测量截面的数据信息，并将其传递给转换器。二是变换器收到各电极系统发送的数据信息后，通过电缆将数据信息传输到高密度主机，实现高密度主机的数据输入。第三，数据输入高密度主机，高密度主机自动存储数据，并通过适当的通信系统将数据传输到计算机。第四，计算机从高密度主机接收数据信息，并按照软件系统设计进行处理。最后，计算机完成数据信息的标准处理后，需要进一步转换数据，对特定模块的偏差点和地形校正进行预处理，最后完成二维反演和测绘。

2 高密度电法对于地质工程勘探的作用

2.1 高密度电法在岩溶调查中的作用

这是位于断裂带东部的岩溶发育区。坡度由一系列石炭系、二叠系地层组成，第二系列为轴向土层。该地区的主要基岩是石灰岩，区内基岩岩性具有数百至数千倍的电阻率Ω·m；第四部分为粘土层，电阻率高达Ω·m十倍；第四组砾石层强度较高，基岩岩溶发育在500米至800米之间。填充后，碎片形成低强度异常，出现真空时出现高强度异常。由该调查中采用高密度电法得到的区段可知，90个电极间距为3m。本节展示了在桩号72至120处基岩表层的大规模低电阻率异常。根据调查，桩号84至102为原始收缩填方区域。收缩的一个重要因素可归因于浅灰色岩石中的大规模岩溶现象，第四组低强度粘土等杂质填充收缩区，导致低强度异常现象。

2.2 高密度电法在地质勘探找水中的作用

首先对学校土层进行了研究分析，已知土层相对来说比较简单，表层为第四系统，基岩由二叠系乐平组老山段砂岩及泥岩、常夹薄煤层构成。具体勘探方法如下:视实际地形和障碍物而定，在东向、西向和北向布置了高密度电气剖面，有120个电极，间距为3m。电气测量结果表明南北剖面的基岩相对均匀，无异常；在桩号100-160处的基岩东-西纵断面中存在异常，强度相对较低的异常区域。四元数的基本条件是电阻值小于150Ω·m；基岩风化层电阻率大于150Ω·m；基岩的电阻率大于600Ω·m。这被认为是一种异常现象，其原因是岩石区的强度相对较低，原因是构造断裂或地表上的薄煤层存在水。探矿后获悉，低强度异常部分的基岩深度为28m，最终孔为52m，确认了水裂缝引起的异常现象，井的最终水量为5.5t/h，符合学校的要求。

2.3 高密度电法在管线探测中的作用

管道探测是许多工程的一个重要组成部分，因此有必要确定管道的位置，以避免损坏或施工风险。工程管道检测过程中，高密度电气方法也具有重要的应用价值，可获得更好的检测效果。金属管探头可用于探测电缆和金属管，但探测底层导管和泥管需要很高的电力密度。这些管道的主要材料是混凝土，其强度远远高于周围岩石，因此可以用高密度电法检测。

2.4 高密度电法在地层划分中的作用

高密度电法也可适用于工程地质勘探的地下分区过程。一个水利工程的一部分发生了塌方事故，聘请了一个专业地质勘探机构对填方进行全面检查，以便为分析塌方事故的地质原因提供依据。本工程大坝填筑层厚度约7米，其次是淤泥质粘土层、粉砂层、泥盆地武威组灰岩。为此勘探共选择了120个电极，测量点距离为5m。根据高密度电法的研究结果，填方下的粘土层和粘土层是强度值在20 ~ 60Ω·m之间的低功率层，以此层结构为坝体基层不能满足上部结构的容量要求。

3 实例分析

某立交桥项目位于山坡上，而一个新的立交桥项目位于农田上，地形相对平坦。该项目的主要目的是分析跨界桩溶解性孔的发展情况。项目主要基于水平线。高密度电法测量参数为:点间距4米的80电极；使用高密度电法方法进行检测，最多可包含34个层。在每个桩和桩周围5米处设置一条横贯线，电极41位于桩的中心。本文以第16项为例。由于该地区岩溶发育较广，反演结果存在许多低强度异常，最明显的是桥梁桩附近的两个异常区域，其中一个位于128米至160米之间，埋在17米至34米深，具有椭圆性，在异常中间可能有熔孔；第二个区域位于188米至212米之间，埋在10米至22米深的地方。因此，使用高密度电法得出的结论是，在128-145米和188-212米的高密度区域存在低强度异常，这些区域被认为是岩溶裂隙发育异常和质量碎裂异常。

结束语

综上所述，高密度电力方法是在持续应用、大量测试和生产工作的基础上发展起来的，保存了越来越重要的数据、越来越先进的技术方法、越来越自动化的数据采集系统和越来越先进的数据处理软件即使目标体与围岩之间存在电气差异，但由于点间距小、信息量大、检测精度高，高密度电法也能提供良好的测量效果。

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