水文地质工程中高密度电法的应用探究

水文地质工程中高密度电法的应用探究

高密度电法自80年代中期发展到现在，取得了很大的进展，并在个工程地质工作中得到广泛应用。高密度电法不仅可以得到高密度的测点，并且得到大量信息，在地质勘探尤其是在水文地质工程中发挥重要作用，对于地下水的寻找、岩溶发育带的探测等方面都得到了广泛应用。因此，本文在介绍了高密度电法原理和方法的基础上通过工程实例说明了高密度电法在水文地质工程中的应用。

标签：水文地质 高密度电法 地下水 岩溶探测

0前言

高密度电法发展于80年代中期，是一种新的电法勘探技术。根据本质特征来看，高密度电法应属于直流电阻率法，但其既有常规电剖面法的特点，又包括电测深法的特点。利用高密度电法可以同时观测到地下一定深度范围内的电性在横向上和垂向上的变化情况。此外，我们通常使用的常规电法勘探测得的数据较少，而高密度电法的测点密度高、数据信息量大的特点在很大程度上弥补了这项不足，增强了勘探能力，使工作效率有了很大的提高。因此，高密度电法在水文地质及其他相关行业中得到了广泛应用。

1对高密度电法的认识

虽然从本质上讲高密度电法应属于直流电阻率法，但其使用的是低频交变电流，并具有固定的供电频率（20～30Hz 之间）。高密度电法测点间距小，大概1～2m，具有较高的测点密度。高密度电法具有双重性能——测深和剖面。高密度电法的另一个特点是信息丰富，其所得数据量一般是普通电阻率法的上百倍。

从基本原理上来看，高密度电法与常规直流电法的原理基本相同，都是在探测目标地质体与围岩间电性差异的基础上，对所得数据进行研究，通过分析电场分布规律进而解决地质问题。高密度电法利用的是一种阵列式勘探方法，在野外测量时，将测量中所使用到的几十甚至上百根的全部电极置于剖面之上，然后通过控制程控电极转换开关与微机工程电测仪，快速的自动采集电极距和电极排列方式不同的数据。

2高密度电法在水文地质工程实例中的应用

含水结构、导水构造往往在导电性上与围岩之间存在明显差异，该差异为地下水、岩溶等的探测提供了可能性，下面就根据工程实例说明高密度电法在水文地质工程中的应用。

2.1高密度电法在岩溶勘察中的应用

某地区所建大坝中的一段要穿过岩溶较发育的灰岩分布区，对大坝的建设有

严重影响。其中影响较大的岩溶地貌主要有溶蚀洼地、溶蚀漏斗、落水洞、暗河等。地下溶洞的崩塌极易引起大坝及其附属物发生断裂、下沉甚至坍塌。因此，利用高密度电法对该地大坝的岩溶情况进行探测。经探测得到反演色谱图（图1），通过该图可以看出该区的水文地质特征存在明显差异，在95号桩 与215号桩之间的紫红色砂页岩一带发育有裂隙和溶隙，因而该地段岩石具有较强的透水性，因此大气降水可以很好的补给地下水，测得充水岩溶电阻率为小于十几Ω·m 的低阻。而由于灰岩地区岩溶没有填充物，因此呈现出较高的电阻率，大于1 00 Ω·m。

2.2高密度电法在寻找地下水中的应用

2.2.1地区水文地质概况

某勘测区域，经勘查发现该区地形地貌简单，地表出露大量的花岗岩，由于地下水开采无节制以及较严重的工业污染，致使该地区的浅层水无法饮用。为了解决当地居民的饮水问题，需通过打深井的方式将基岩裂隙水提取出来。所得深井水除了水质要达到TJ20- 76饮用水标准外，还要求其单井出水量大于5m / h，因此，宜选用高密度电法。

所勘测地区地貌属于低山丘陵，地层分布较简单。沟谷区域主要分布一米到数米不等第四系地层，岩性一般从下往上主要为粉土、砂、卵石等。花岗岩大面积出露且分布范围较广，只有分布在沟谷中的部分被第四系覆盖。从区域性构造来看，测区内存在一系列以北北东向为主的断裂。根据初步探测，推测出测区内地下水位大于100m。初步推断测区内岩石的电阻率存在较大的变化范围，有利于探测工作的下一步进行。

2.2.2野外工作

根据勘测区内具体情况如地形地貌、区域构造特点、底层分布等，并结合主要任务目的，设计在区内较为平坦的位置布置大致垂直于北北东向的两条测线，测线长度和测点间距分别为500m和5m，每个排列使用101根电极，测试深度为5m 到165m。

2.2.3解释分析

通过对断面图的垂向构造进行突出处理，将纵向构造裂隙存在的电阻率异常突出出来。

利用高密度电法得出测线A的视电阻率垂直构造突出断面图，见图2，从图中可以看出，有一条大约30m宽度的低阻异常带垂向发育于断面的320～350m 之间，相对为较低或低等级的视电阻率。该异常带垂向长度超过100m，发育较深。此外，通过观察另一条测线的电阻率垂直构造突出断面图可发现断面中有一类似的低阻异常带发育。若将上述两条低阻异常带连接起来，可得走向约为NE15°的连接线。该连接线的走向与NNE 向的区域性构造相一致。因此，根据

以上信息可以推断出在该低阻异常带发育有丰富的构造裂隙，形成构造裂隙发育带，有利于布井、成井。

2.2.4得出结论

据上述结果，再结合测区地质资料和具体施工条件等可以得出结论：在测线A 的330m 处确定孔深为214. 22m的井孔， 钻取的岩芯在110～140m 与180～190m 一带发现破碎，因此，可以推断这些位置有裂隙发育。经水质分析，该位置以及该深度的水质与TJ20- 76饮用水标准完全符合，并通过抽水试验得出单井出水量为6. 35m3/h，大于要求的5m3 / h。因此，该井完全满足要求，可以投入生产使用。

2.3高密度电法在海堤砌石体深度探测中的应用

海堤砌石体是堤坝建设中重要的组成部分，其深度对堤坝的质量有着直接影响。因此，利用高密度电法的高精准性对该地区海堤砌石体深度进行探测，得出高密度电法反演色谱图（图3）。通过反演成果图可以看出，反演曲线呈典型的水平状分布状态，电阻率起伏不大，明显分为由高到低的3 层，结合相关的地质资料并对抛石电阻率进行测试，可以得出：填土与抛石的电阻率划分依据为30 ～4 0 Ω·m，10 Ω·m 则为划分填土与淤泥、含泥中细砂层等的依据。图中可以看出，砌石层与填土层厚度分别约为6 .0m和2 .0 m，在-4 .0 m 以下则为淤泥与含泥中细砂层等。

3结语

通过上述实例分析可以看出高密度电法在对水文地质工程中得到了成熟而广泛的应用，通过断面或剖面反演色谱图可以直观、形象的分析出目标探测体的电性特征和分布形态。高密度电法不仅具有高效、快捷、方便等优势，其所测数据量大、精确度高等是更优于其他勘探方法的地方，提高了地质勘探的工作效率。

参考文献

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