浅析高密度电法在高速公路勘察中的应用

白晓丽 胡越 陈毓翯

【摘 要】与直流电法相比，高密度电法具有效率高、成本低、信息量大的优势。对采空或塌陷区的位置和埋深进行探测，运用高密度电法数据处理、数据反演，可有效地查明地下目标体的埋深、分布范围及断裂分布规模情况，可为设计等提供可靠依据。通过具体工程叙述高密度电法在高速公路勘察中的应用，介绍高密度电法数据处理、数据反演等的基本原理及其对采空或塌陷区的位置和埋深的探测，断裂分布规模情况的确定，表明高密度电法在高速公路勘察中的应用有效性。

【关键词】高密度电法 公路工程勘察 应用

1 高密度电法的工作原理及特点

高密度电法属直流电阻率法，其基本原理与常规电阻率法相同，是以被勘测的地下目标与其周围介质间存在的电性差异为基础进行勘探的物探技术。

高密度电法进行二维地电断面测量，兼具剖面法与测深法的功能。能有效的进行多种电极排列方式的扫描探测，可获得较丰富的关于地电断面结构特征的地质信息。能较直观、准确地反映地下电性异常体的形态，是多种排列的常规电阻率法与资料自动反演处理相结合的综合方法。以岩土体导电性差异为基础，其电极布设是一次完成的，减少了因电极设置而引起的故障和干扰。具有点距小、采样密度高的特点。

2 高密度电法在高速公路勘察中的主要作用

在高速公路的勘察中，高密度电法可用来解决岩溶、采空区、塌陷区等灾害地质体的探查问题；断层断裂带的规模、倾向、倾角，岩石接触带（面）的圈定等的构造勘察问题；解决覆盖层厚度及风化层划分的辅助地质分层问题。在解决这些问题方面，高密度电法可以达到理想的效果。

3 高密度电法高速公路勘察中的工程实例

高密度电法野外工作装置形式较多，测线布置情况需根据工作任务和场地条件，来选择布置工作电极极距、总电极数。

该工程的任务是查明高速公路出口地下采空或塌陷区的位置和埋深及隐伏断裂分布情况。该塌陷或采空区充填有水，为低电阻率，使用高密度电法可将其区分。

3.1 工程测区基本地质概况

工程测区是一处废弃的铁矿旧采坑，浅部有大约10米厚的回填土，在回填土下方大约20米位置存在采空区或采空塌陷区，测区边部有距地表20～25米深度的竖井，积水约5米深，积水通过巷道与采空或塌陷区相连。测区附近为低山丘陵地貌，地势起伏中等。

3.2 数据处理和解释

在数据处理过程中，首先进行数据圆滑处理。数据圆滑处理一般采用坏点切除和滑动平均等。测量工作中产生坏数据点原因，可能源于某个电极的连接失败、土壤干燥致使电极接触不良、环境潮湿而引起的电极之间短路等。这些坏数据点的视电阻率值通常比相邻点奇高或奇低，为了不影响反演获得的模型和原始数据的成图，对这些坏数据点的最好方法是剔除它们或对它们进行处理。

圆滑处理后的数据文件进行反演。反演解释是提高高密度电阻率法资料解释质量的重要方法之一，目前常用的方法是计算机自动二维反演，高密度电阻率资料二维反演程序是基于圆滑约束最小二乘法的计算机反演计算程序。反演程序使用的二维模型是将地下空间分为许多模型子块，确定这些子块的电阻率，使计算出的视电阻率值与实测值相吻合。

进行数据成图，来反映测区的地电结构特征。高密度电阻率剖面一般采用擬断面等值线彩色图或灰度图表示，这样能直观和形象的反映地电结构特征，显示地电断面每一测点的视电阻率的相对变化。

根据反演结果，在该工程测区40～60m范围出现低阻异常带，结合地质条件，推断浅部低阻异常带为回填土。在深部15m～30m范围内低阻异常带，分析由采空或塌陷地质体引起。测区50～100m大范围的低阻异常由回填土、岩石磁铁矿化及磁铁矿体引起，深部没有采空或塌陷情况。在地表40m处形成一个向深部倾斜的窄带，电阻率相对较低，为断裂引起的电性结构变化，推断为断裂破碎带。后经钻孔验证，高密度电法推断的结果与钻孔数据基本一致。

4 高密度电法的应用效果

与传统的电阻率法相比，高密度电法成本低、效率高，信息丰富，解释方便。应用结果表明，目前工程地质勘察中高密度电法比较适合探明地下采空或塌陷区情况、断裂破碎带的存在与否和产状特征等。

高密度电法大数据量数据采集为高精度反演成像提供了可靠的保证，能较直观、形象地反映地下采空区异常的埋深、分布范围等，地质效果良好。可有效地查明地下目标体的埋深及分布范围，为相关的设计处理提供依据。

参考文献：

[1] 王兴泰.工程与环境物探新方法新技术.北京：地质出版社，l996.13l-139.

[2] 邓居智，刘庆成，莫撼.高密度电阻率法在水坝隐患探测中的应用[J].工程勘察，2002（6）：62～64.