高密度电阻率法在人防工程中应用

冯岩军；赵才；谢经然

（山东广信工程试验检测集团有限公司，山东 济南  250002）

摘要：文章通过介绍E60DN高密度电法探勘系统的基本原理和技术特点，利用正常土层和有人防工程的电阻率差异，通过使用改良后的导电棒，利用高密度电阻率勘探人防工程进行勘探的实例，勘探结果表明在人防空洞、地下采空区、溶洞等的分布位置、大小、埋藏深度等方面的勘察上都取得了良好的效果，采集效率高，信息丰富，解释方便，精度高，勘探能力显著提高，是一种与没有改良导电棒采集的电阻率相比更适合在城市道路上勘探人防空洞法人装置，为防止人防空洞顶板冒落塌陷，预防大的地质灾害隐患发生，是一种十分便捷，有效的勘探方法。

关键词：高密度电阻率法；人防工程；空洞；范围

一 前言

   随着改革开放和社会主义现代化建设取得的巨大成就，全国各地都在发生着翻天覆地的变化，同时城市现代化建设也取得了日新月异的变化。在飞速发展的社会现代化进程中发现许多问题，其中之一就是在19世纪50年代前后全国各地大量开挖人防空洞，由于当时技术较落后，施工工艺差，现如今各种问题显现出来，比如路面塌陷。行人和机动车坍陷情况也时有发生。

因此在高速发展基础设施的今天，如何准确的找到当时人防空洞对现在留下的隐患是我们首先要做的。由于当时记录保存丢失及记录不完整等原因，要想以当时仅有资料准确找到人防空洞的位置是极其困难的。于是我们现如今采用高密度电阻率法来准确找出人防空洞的位置是及科学又十分有效的。

二  技术方法

本次采用E60DN 高密度电法仪是先进的设计理念将计算机技术与现代电子技术完美结合的产物，体现了设计完善的硬件系统与功能强大的软件技术的完美结合。系统采用程控方式控制电极状态进行数据采集，并将采集的数据以视电阻率剖面的形式实时显示在屏幕上，便于实时监控资料的质量。E60DN 高密度电法仪具有以下共同特点： 1、系统采用分布式设计，利用 9 芯电缆，单测线可连 65535 个电极；2、具有自定义装置形式功能(二维)；3、具有分档滤波功能；4、实时监测供电电流、测量电位曲线；5、可屏蔽任意电极不进行数据采集，或剔除与任何一个电极有关的所有数据；6、数据采集过程中实时显示当前数据点的供电电极、测量电极位置，并且能够随时停止，从任意位置开始进行数据采集。高密度电阻率法是一种阵列勘探方法。它是以岩土介质的导电性差异为基础，通过观测和比对周围稳定电流场的分布规律从而达到勘探人防工程的目的。

2.1场地因素
    如果场地开阔，一般都使用四极装置（α、α2）。因为该方法会获得最大的测量电位。这对于节省外接电源，减少供电电压，特别是压制干扰，增强有效信号，有着重要的意义。但是如果场地不充许，那么最好使用三极装置（AMN、MNB）。三极装置比四极装置将节省一半的场地。
2.2地形因素
    高密度电法勘探应尽力避免地形的起伏，然而事实常难随人愿。这时候就得考虑哪种装置受地形的影响最小。在众多装置中，偶极装置受地形影响最为剧烈，它本身的电测曲线就已经复杂，如果加上地形的因素，其电测剖面形态会变得很难辨别。其次是三极装置，该装置遇到山谷或山脊时电测曲线会出现多个峰值，并且AMN和 MNB两个装置的反映程度不均衡，故而判别起来困难较大。相对地，四极装置受地形的影响较小，电测剖面形态比较好判别。
2.3探测精度因素
    掌握探测精度（灵敏度）与装置的关系，是高密度电法中很重要的环节，也是众说纷芸，很难形成一个定论的问题。根据《高密度电法探测岩溶试验》结果，β装置灵敏度最高，γ次之，α最次，而据中国地质大学罗延钟教授研究，不等距偶极最灵敏，β次之，α又次之，γ最次，许多生产单位只单纯使用α一种装置。
Dr. M.H.Loke认为：
    ①α装置对于电性的垂向变化比水平向变化反映灵敏些。一般来说，此装置解决垂向变化（例如水平层状结构）问题比较有利，而去探测水平变化（例如狭窄垂向结构）就相对差一些。
    ②不等间距偶极装置对于电阻率变化有着最大的灵敏度。它对垂向电性变化十分灵敏而对水平变化相对不灵敏。
    ③α2 是最常用的方法之一。这种装置在水平和垂向结构中都有着适度的灵敏度。在希望这两者方面都有好效果的一些地质构造领域中，这种装置往往是α和β 之间的一个调和。
2.4 MNB装置的特殊作用
    MNB装置除了场地狭窄时候很有用处之外，还可以利用它来详勘。另外，高密度电法一般用来进行剖面勘探，不太适合于勘探深度较大的电测深，而水电行业中电测深用得广泛。在实际中，我们发现如果在勘探深度较浅的情况下，并且采取得是两根电缆的仪器，那么可采用MNB装置，先后将电缆互倒则可以快速、省力地得到整条剖面的电测深成果。

三 工程实例

   某路段于1994年开工建设，路基经简单换填处理，处理深度有限（不详，可能为30-40cm左右），后期路面出现龟裂、破损等缺陷，经过多次返修，未对路基进行处理，只是针对破损面层进行修补。现疑该路段部分存在人防空洞。采用E60DN高密度电法对该路段进行工程物探测试。在电法探测里，人防空洞、采空区等的位置电阻率均会以相对高阻或低阻的形态存在，从而出现电阻率高阻或低阻异常两种情况，出现低阻的原因是地下水位较高，人防空洞、采空区等充水或已经被泥土填充，水和泥土为导电介质，而出现高阻的原因即为采空区未被泥土填充并位于地下水位上方，针对此段路面由于场地及周边建筑物的影响，采用64跟电极布置，电极间距采用1m，供电电源使用12V蓄电池，采用改良后的导电棒64根。

四  探测结果

本次工作所用仪器为青岛骄鹏生产的E60DN型高密度电法测量系统及Res2dinv电法数据处理软件。受现场环境条件限制，高密度电法检测按斜交人防工事地道布置测线，共布置断面6处。

某路（高密度电法布置测线6条，累计336米）：

4.1老火车站广场北侧：未发现电阻率异常区域。

4.2老火车站广场南侧：未发现电阻率异常区域。

4.3金天地超市门口：8.0-10.0m深度存在高电阻率区域，位置在东侧第二道车道内。

4.4宜佰家家具城门口：未发现电阻率异常区域。

4.5众联电动车门口：未发现电阻率异常区域。

4.6红领服饰门口: 6.0-9.0m深度存在高电阻率区域，位置在路缘石与东侧第一道车道内。

图4.1  老火车站广场北侧数据剖面

图4.2  老火车站广场南侧数据剖面

图4.3  金天地超市门口数据剖面

图4.4 宜佰家家具城门口数据剖面

图4.5  众联电动车门口数据剖面

图4.6  红领服饰门口数据剖面

云门山北路（钻芯取样2孔，累计24m）：

金天地超市门口：0-13.0m为沥青面层、黏土，13.0-15.0m为混凝土灌浆料。推测该处人防地道已掩埋回填。

红领服饰门口：0-6.5m为黏土，6.5-9.0m为空腔。该处6.5-9.0m为人防地道。

五  结论

高密度电法在采用改良后的电导棒，在数据采集和数据异常分辨率等方面有优越性，其反演成果直接为真电阻率，易于与场地地质资料比对，给解析带来了方便性和准确性。与没有改良导电棒采集的电阻率相比，采集效率高，信息丰富，解释方便，精度高，勘探能力显著提高，尤其适合在城市道路上勘探。实例证明，采用高密度电阻率法使用改良后的导电棒在城市道路上勘察人防空洞中存在明显优势！

参考文献

【1】董浩斌，王传雷.高密度电法的发展与应用[J].地学前缘，2003，10（1）：171-176.

【2】祁明星，白军会.用高密度电法勘察地下防空洞的效果[J].石油仪器，2008，22（6）：56-5.