浅谈工程物探中高密度电法的应用

徐涛

在众多工程物探方法中，高密度电法作为应用最广泛的电法勘探方法，具有探测能力强、探测精度高、采集速度快的特点。其使用直流电供电，一次可布设大量电极，获取数据量大，测量误差小、结果可靠性较高，探测信息丰富，在岩溶勘察、城市管线探测、水坝渗漏勘察、建筑选址地基勘探等中获得不错应用效果。随着地球物理理论及仪器发展，数据技术的改进，高密度电法勘探技术也在不断提高，从最初的二维断面，逐步发展到三维结构成像，在工程物探中的应用越加广泛。

1高密度电法的基本原理

1.1工作原理

高密度电法属于一种电阻率探测方法，根据地下岩土体导电性的不同，通过人工施加电场，分析电场作用下地下地层传导电流的分布规律，推断地下具有不同电阻率的地下地质结构，从而为解决地质问题提供参考。高密度电法可一次性沿测线同时布设几十到几百根电极，视探测深度和探测目标体的尺度选择电极距及采集装置。高密度测量系统按选定的供电、测量排列方式自动采集测量电极间的电位值及回路中的电流值。工作系统如图1所示。

图2高密度电法温纳排列装置测量示意图

高密度电法在数据观测装置多达十余种，如温纳、斯伦贝谢、偶极、三极装置等，如图2所示温纳（α）排列装置，AM=MN=NB为一个电极间距，通过AB极供电、MN测量得到一个测点，然后A、B、M、N逐点同时向右移动，测量得到另一个测点；同时电极间距按隔离系数由小到大的顺序等间隔增加，这样不断扫描测量下去，最终得到倒梯形断面。在实际工作中，由于时间等因素，不可能对每种装置都进行观测，必须有针对性的选择最优装置进行数据采集。

1.2特征识别

不同的地质体具有不同的物理性质，运用物探方法对地下结构进行探测时，需要根据岩层的物理性质，对勘探结果进行合理的分析，高密度电法也必须遵循该原则。如在岩溶勘察中，围岩与溶洞一般具有电性差异，溶腔充填情况表现出来的电性差异往往不同。结合地质结构附存物性特征进行高密度电法勘探，是应用该方法的重要基础。

2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多用于覆盖层勘察、岩溶勘察、城市管线探测、堤防隐患探测等方面。

2.1岩溶勘察

工程物探方法是岩溶勘察的一个重要手段。灰岩分布地区岩溶发育易引发地面塌陷，形成地质灾害，高密度电法近年来被广泛应用于岩溶勘察中。高密度电法应用于岩溶勘察的过程中，主要通过探测地下岩层的电性分布，根据地下岩层的电性分布特征，再结合钻孔等地质资料综合分析获取地下岩溶发育情况。

岩溶地区的地质结构相对复杂，溶洞的充填情况不同造成其电性特征差异较大。如溶洞无充填，则相对围岩表现为高阻；溶洞充填则相对围岩表现为低阻；溶洞未充填但洞壁附着水体时，往往也表现为低阻。高密度电法在岩溶勘察中，要充分结合相关地质资料，对电性数据进行综合分析，提高探测成果的准确度。

2.2管线探测

城市管线探测在市政工程建设中尤为重要，高密度电法的主要应用是通过地表探测地下管线的空间位置，其应用前提是地下管线与周围介质之间存在电性差异。地下管线由于种类繁多，按其材质不同，其电性特征也不同。如铸铁、钢材料等铸成的金属管道，电性表现为相对低阻；水泥、塑料及陶瓷材质铸成非金属管道，电性表现的绝对高阻；同时管线探测信号还受周边城市环境干扰。

以某工程为例，在实际施工过程中，运用高密度电法探测地下管线，使用WDJD-4型高密度电法系统及RES2D软件，选取温纳排列装置，电极距为0.5m，电极道数120道，最大探测深度可达10m。根据高密度电法数据反演成果，发现在桩号32.5m处存在高阻异常圈闭，通过现场收集管线资料数据及管线仪复核，结果表明该处为电缆沟，水泥板顶板埋深1.1m。通过高密度电法探测直观反映出城市地下介质电阻率分布规律，全方位直观展现了地下电性结构分布，极大地提高了管线探测的效果。

2.3堤防隐患探测

堤防是重要的防洪工程，查明堤防隐患，对制定科学合理的安全保障方案意义重大。传统的堤防隐患探测主要采用人工巡堤及钻孔取芯等方法，高密度电法的应用，能够打破许多传统方法的局限性，不但节省了投入成本，并且提高了施工效率，极大地增加了探测结果的可靠性。如江西某堤防采用高密度电法探测，划分堤身土体分层，探测到埋深8m处的隐伏渗漏通道，准确查明了堤防隐患。在河北某新堤采用隆贝格、温纳装置两种装置以及0.5m、1.0m两种极距开展了高密度电法探测，测线总长292km，全面查明该段堤防土体结构分布并排查了堤防内部隐患，为堤防安全保障提供了重要参考资料。高密度电法以其施工的高效便捷，及探测成果的准确性，成为堤防隐患地球物理探测的重要手段。同时还可利用高密度电法探测堤防土体电阻率变化，掌握浸润线的变化情况，在堤防安全监测中发挥重要作用。

3结语

随着我国工程建设的大规模发展及推进，对于工程物探的需求更加广泛。高密度电法作为工程物探的重要手段，具有测量信息丰富、对地下地质体的分辨能力高的优点。随着高密度电法测量仪器在智能化及轻量化研究方面取得重大进展，其野外工作效率和探测质量大大提高。在工作中，针对不同的探测目的和地质条件，选择最合理的排列装置及极距等参数，能达到最佳的探测效果。

参考文献：

[1]邱云海,吴西全,康元欣.试分析高密度电法在工程物探中的应用[J].大科技,2016(31).

[2]李盈忠,胡斌辉,吴述辉.高密度电法在工程物探中的应用[J].消费导刊,2017(28).

作者简介：徐涛（1985—），男，汉族，硕士，工程师。

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