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[摘要]高密度电法是较新的物探方法，广泛应用于工程勘察、地质灾害调查和地质找矿中；在灰岩分布区勘察第四系土洞、岩溶、断裂等，具有独特优势，能取得较好的地质效果。本文通过其在江锂科技有限公司尾砂坝岩溶勘查的应用，研究分析高密度电法在地表高电阻干扰下的测量工艺。
[关键词]视电阻率高密度电法 灰岩岩溶土洞
江锂科技有限公司厂址位于新余市分宜县境内，坝址为覆盖型岩溶区，出露地层主要有第四系（Q4）洪积、坡积、残积层含碎石、卵石的粘性土，下伏石炭系（C3c）灰岩、结晶灰岩、生物灰岩，属于地质灾害多发区。查清灰岩和岩溶的分布情况，对完善建筑设计、预防地质灾害的发生具有重要意义。灰岩层的岩溶等不良地质体的分布具一定的规律性，但在较小范围的特定区内，其出现有着随机性，钻探仅提供点上资料，也具有一定的随机性，要详细查明区内岩溶等地质体纵、横向发育情况，仅靠钻探不仅投入较大，而且也难以达到理想的效果。高密度电法是岩溶地质调查的重要手段，可获得灰岩分布区岩溶等不良地质体的展布资料。
1. 项目区的地球物理参数特征
江锂科技有限公司尾砂坝所在地岩溶发育，外围有地面塌陷和沉降记载。4月10日2#临时尾沙库中段坝体出现四平方米的塌陷区，洞深大于8米。
第四系粘土层视电阻率一般为50～100Ω·M，砂（流砂）土视电阻率稍低一般为20～50Ω·M，风化灰岩视电阻率一般大为100Ω·M。在测区外围露头上采取对称四极法测取第四系、卵砾层和灰岩视电阻率各40组。由于地下水富含矿物质，导电性较好，测取视电阻率值较小。第四系地层：最小10Ω•m，最大65Ω•m，平均25Ω•m。卵礫层变化较大：最小9Ω•m，最大477Ω•m，平均137Ω•m；灰岩：最小70Ω•m ，最大300Ω•m，平均179Ω•m。灰岩、卵砾层与第四系地层的视电阻率存在明显差异，具备应用高密度电法地球物理基础。第四系内部土洞发育时，将形成低阻中的相对高阻异常。灰岩内部发育的岩溶通常充填低电阻率的充填物而形成高阻中的相对低阻异常。这是高密度电法解决灰岩地区岩溶和土洞等地质问题的基础。
2. 高密度电法工作原理及工作方法
高密度电法属直流电阻率法，它以岩、土导电性的差异为基础，研究人工施加稳定电流场的作用下，地中传导电流分布规律，它是在常规电法勘探基础上发展起来的一种新的阵列电法勘探方法。测量结果为二维视电阻率断面，兼有电阻率测深和电阻率剖面测量的优点；具有点距小、数据密度大、分辨率高、工作效率高的特点，能较直观、准确地反映地下电性异常体的形态。
工作仪器为重庆地质仪器厂生产的DZD-6A多功能直流电法仪及多路电极转换器DUK-2A组成的高密度电阻率法测量系统。
工作中对高密度电法α排列、单边三极连续滚动式测深、施伦贝尔2（SB2）、A-MN-B四极测深排列、矩形MN-B排列等装置进行了对比试验。根据试验结果及场地地形条件，最后确定使用α排列、单边三极连续滚动式测深、施伦贝尔2（SB2）装置。
3. 数据的质量控制及数据处理
3.1 数据的质量控制
由于高密度电阻率勘探系统采集的数据量大，数据处理用专用电法处理软件来完成。野外抽查了一条剖面进行质量检查，统计数据560个，检查观测结果所统计的均方相对误差M=±2.392％，均方相对误差小于5％，符合规范要求。
3.2 数据处理
数据处理采用美国Goldon公司的surfer 8.0软件。
数据导入与格式转换：利用电法接受与数据转换软件将野外数据导入微机，并转换成符合surfer 8.0软件要求surfer格式。
深度校正：为了将软件反演的视深度校正为近似真实的仪器实际探测深度。据工作经验和工作区物性参数，选取深度校正因子为0.7，进行深度校正。
数据预处理：消除畸变点，防止假异常产生。
数据的网格化：选用是克里金算法对数据进行网格化。
数据的滤波处理：选用高斯低通滤波法，消除边界的影响。
数据的白化：消除视电阻率断面图虚假外延现象。
曲线拟合绘图：采用保证绘制的等值线圆滑而又不失真三次样条函数进行拟合，形成高密度电法视电阻率断面图。并根据不同的情况控制等值线的条数,对等值线标注数值，形成成果图。
4. 高密度电法解释分析
高密度电法视电阻率断面图是资料解释的重要分析依据，也是高密度电法勘探主要的定性图件之一。根据断面图中显示的的电性分布特征，判断出地质体的视电阻率范围，圈定出电性异常点，充分应用已知地质资料以及所采用的电极装置，分析引起电性异常的原因，判断出目的体的位置。
图1为1号纵线反演电阻率断面图及其地质解释。由1号剖面反演电阻率断面图可看出，测线地表2~7m以浅部位出现水平向连续串珠状高阻体，推测为尾砂坝混凝土坝体结构；测线145—155m位置，地表3-15m埋深位置出现一封闭高阻异常区1，结合钻探资料推测为岩溶塌陷区（钻孔验证）；测线245-252米位置，地表8—16m埋深位置出现一封闭高阻异常区，结合地质资料推测为以土洞发育区。1号测线反演有效深度25m上下，并未接触灰岩界面，故其剖面反演断面图深部电阻率均显示低阻异常，推测其深部低阻异常区为砂土层。
图2为3号纵线反演电阻率断面图及地质解释。由图可知，3号测线电阻率断面图深部出现2处半封闭低阻异常，结合地质资料及钻探资料，推测其为溶岩发育区，其封闭线大致为灰岩界面的电阻率反应。测线水平距离95—110m和155—170m位置，测线地表20—23m，32—35m以浅位置出现电阻率封闭高阻异常区域，推测为2处土洞发育区。
综合解释：本次勘查5条高密度电法剖面共发现异常21个，推断岩溶发育部位6处，砂土（含水）、流砂层发育地段7处，土洞（土体结构松散）发育部位7处，空洞（塌陷）地一处。测区尾砂坝地表浅部土洞、溶岩广泛发育，而其15—23m以浅部位广泛发育有一层5—9m流沙层，伴随着水土运移作用，推测该流沙层是造成尾砂坝塌陷的主要原因。
5. 结束语
高密度电法在了解第四系土洞发育、灰岩界面、岩溶发育以及确定灰岩的分布情况，能取得较好的地质效果。
Surfer8.0 软件反演电阻率断面图有较强的体积效应，一般会放大异常体的形态，在解释中应加以注意。
在工程勘察中，合理利用高密度电法资料指导钻孔施工具有准确率高、成本低的特点。在钻孔资料约束下，对高密度电法资料再解释则可减少多解性，提高解释的准确率。
参考文献：
[1] 刘国兴．电法勘探原理与方法[M] ．北京：地质出版社，2005．
[2] DZ/T 0072-93，电阻率测深法技术规程[Ｓ］．
[3] DZ/T 0073-93，电阻率剖面法技术规程[Ｓ］．
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
[关键词]视电阻率高密度电法 灰岩岩溶土洞
江锂科技有限公司厂址位于新余市分宜县境内，坝址为覆盖型岩溶区，出露地层主要有第四系（Q4）洪积、坡积、残积层含碎石、卵石的粘性土，下伏石炭系（C3c）灰岩、结晶灰岩、生物灰岩，属于地质灾害多发区。查清灰岩和岩溶的分布情况，对完善建筑设计、预防地质灾害的发生具有重要意义。灰岩层的岩溶等不良地质体的分布具一定的规律性，但在较小范围的特定区内，其出现有着随机性，钻探仅提供点上资料，也具有一定的随机性，要详细查明区内岩溶等地质体纵、横向发育情况，仅靠钻探不仅投入较大，而且也难以达到理想的效果。高密度电法是岩溶地质调查的重要手段，可获得灰岩分布区岩溶等不良地质体的展布资料。
1. 项目区的地球物理参数特征
江锂科技有限公司尾砂坝所在地岩溶发育，外围有地面塌陷和沉降记载。4月10日2#临时尾沙库中段坝体出现四平方米的塌陷区，洞深大于8米。
第四系粘土层视电阻率一般为50～100Ω·M，砂（流砂）土视电阻率稍低一般为20～50Ω·M，风化灰岩视电阻率一般大为100Ω·M。在测区外围露头上采取对称四极法测取第四系、卵砾层和灰岩视电阻率各40组。由于地下水富含矿物质，导电性较好，测取视电阻率值较小。第四系地层：最小10Ω•m，最大65Ω•m，平均25Ω•m。卵礫层变化较大：最小9Ω•m，最大477Ω•m，平均137Ω•m；灰岩：最小70Ω•m ，最大300Ω•m，平均179Ω•m。灰岩、卵砾层与第四系地层的视电阻率存在明显差异，具备应用高密度电法地球物理基础。第四系内部土洞发育时，将形成低阻中的相对高阻异常。灰岩内部发育的岩溶通常充填低电阻率的充填物而形成高阻中的相对低阻异常。这是高密度电法解决灰岩地区岩溶和土洞等地质问题的基础。
2. 高密度电法工作原理及工作方法
高密度电法属直流电阻率法，它以岩、土导电性的差异为基础，研究人工施加稳定电流场的作用下，地中传导电流分布规律，它是在常规电法勘探基础上发展起来的一种新的阵列电法勘探方法。测量结果为二维视电阻率断面，兼有电阻率测深和电阻率剖面测量的优点；具有点距小、数据密度大、分辨率高、工作效率高的特点，能较直观、准确地反映地下电性异常体的形态。
工作仪器为重庆地质仪器厂生产的DZD-6A多功能直流电法仪及多路电极转换器DUK-2A组成的高密度电阻率法测量系统。
工作中对高密度电法α排列、单边三极连续滚动式测深、施伦贝尔2（SB2）、A-MN-B四极测深排列、矩形MN-B排列等装置进行了对比试验。根据试验结果及场地地形条件，最后确定使用α排列、单边三极连续滚动式测深、施伦贝尔2（SB2）装置。
3. 数据的质量控制及数据处理
3.1 数据的质量控制
由于高密度电阻率勘探系统采集的数据量大，数据处理用专用电法处理软件来完成。野外抽查了一条剖面进行质量检查，统计数据560个，检查观测结果所统计的均方相对误差M=±2.392％，均方相对误差小于5％，符合规范要求。
3.2 数据处理
数据处理采用美国Goldon公司的surfer 8.0软件。
数据导入与格式转换：利用电法接受与数据转换软件将野外数据导入微机，并转换成符合surfer 8.0软件要求surfer格式。
深度校正：为了将软件反演的视深度校正为近似真实的仪器实际探测深度。据工作经验和工作区物性参数，选取深度校正因子为0.7，进行深度校正。
数据预处理：消除畸变点，防止假异常产生。
数据的网格化：选用是克里金算法对数据进行网格化。
数据的滤波处理：选用高斯低通滤波法，消除边界的影响。
数据的白化：消除视电阻率断面图虚假外延现象。
曲线拟合绘图：采用保证绘制的等值线圆滑而又不失真三次样条函数进行拟合，形成高密度电法视电阻率断面图。并根据不同的情况控制等值线的条数,对等值线标注数值，形成成果图。
4. 高密度电法解释分析
高密度电法视电阻率断面图是资料解释的重要分析依据，也是高密度电法勘探主要的定性图件之一。根据断面图中显示的的电性分布特征，判断出地质体的视电阻率范围，圈定出电性异常点，充分应用已知地质资料以及所采用的电极装置，分析引起电性异常的原因，判断出目的体的位置。
图1为1号纵线反演电阻率断面图及其地质解释。由1号剖面反演电阻率断面图可看出，测线地表2~7m以浅部位出现水平向连续串珠状高阻体，推测为尾砂坝混凝土坝体结构；测线145—155m位置，地表3-15m埋深位置出现一封闭高阻异常区1，结合钻探资料推测为岩溶塌陷区（钻孔验证）；测线245-252米位置，地表8—16m埋深位置出现一封闭高阻异常区，结合地质资料推测为以土洞发育区。1号测线反演有效深度25m上下，并未接触灰岩界面，故其剖面反演断面图深部电阻率均显示低阻异常，推测其深部低阻异常区为砂土层。
图2为3号纵线反演电阻率断面图及地质解释。由图可知，3号测线电阻率断面图深部出现2处半封闭低阻异常，结合地质资料及钻探资料，推测其为溶岩发育区，其封闭线大致为灰岩界面的电阻率反应。测线水平距离95—110m和155—170m位置，测线地表20—23m，32—35m以浅位置出现电阻率封闭高阻异常区域，推测为2处土洞发育区。
综合解释：本次勘查5条高密度电法剖面共发现异常21个，推断岩溶发育部位6处，砂土（含水）、流砂层发育地段7处，土洞（土体结构松散）发育部位7处，空洞（塌陷）地一处。测区尾砂坝地表浅部土洞、溶岩广泛发育，而其15—23m以浅部位广泛发育有一层5—9m流沙层，伴随着水土运移作用，推测该流沙层是造成尾砂坝塌陷的主要原因。
5. 结束语
高密度电法在了解第四系土洞发育、灰岩界面、岩溶发育以及确定灰岩的分布情况，能取得较好的地质效果。
Surfer8.0 软件反演电阻率断面图有较强的体积效应，一般会放大异常体的形态，在解释中应加以注意。
在工程勘察中，合理利用高密度电法资料指导钻孔施工具有准确率高、成本低的特点。在钻孔资料约束下，对高密度电法资料再解释则可减少多解性，提高解释的准确率。
参考文献：
[1] 刘国兴．电法勘探原理与方法[M] ．北京：地质出版社，2005．
[2] DZ/T 0072-93，电阻率测深法技术规程[Ｓ］．
[3] DZ/T 0073-93，电阻率剖面法技术规程[Ｓ］．
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。