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摘要：采石场先挖后填，回填工作前未经测量，现在回填厚度及回填范围已无法查证；高密度电法和面波勘探法是近些年引入的物探方法，广泛用于地质灾害调查及工程勘察中，本文分析了高密度电法、面波勘探的原理和野外施工方法，通过应用实例说明综合物探在回填土勘察中的作用。
关键词：高密度电法 面波 回填土 工程勘察
1 引言
上世纪，众多采石场分布于城市周边，后期政府对采石场进行山体恢复、回填等工作；近年来，采石场土地整改利用；回填土作为软弱地层，土地开发利用前需查清其回填范围及回填厚度。
物探方法是地质调查的重要手段，通过物探方法可以获得岩土各层埋深的资料。高密度电法及面波勘探法是近年发展起来的物探方法，广泛应用于地质调查及工程勘察中[1]。
2 方法原理
（1）高密度电法方法原理
高密度电阻率法是一种阵列勘探方法，也称自动电阻率系统，是直流电法的发展；其功能相当于四极测深和电剖面法的结合。通过电极向地下供电形成人工电场，其电场的分布与地下岩土介质的电阻率ρ的分布密切相关，通过对地表不同部位人工电场的测量，了解地下介质视电阻率ρs的分布，根据岩土介质视电阻率的分布推断解释地下地质结构。这种方法原理清晰、图像直观，是一种分辨率较高的物探方法。近几年随着计算机数据采集技术的改进，使得勘探效率大大提高，增大了剖面的覆盖面积和探测深度，在微干扰的环境下也能取得可靠数据，大大提供了信噪比，可准确的勘探地质体；该方法在工程与水文地质勘探和矿产、水利资源勘查中有着广泛而成功的应用[2]。
高密度电法勘探的前提条件是地下介质的导电性差异，和常规电法一样，通过A、B电极向地下供电（电流为I），然后测量M、N极电位差ΔU，从而会的该记录点的视电阻率ρs=ΔU/I。根据实测的视电阻率剖面进行计算、处理、分析，便可获得地层中的电阻率分布情况，从而解决相应的工程地质问题。
高密度电法测量选用工程勘查中常用的温纳装置，测量时，AM=MN=NB= AB /3为一个电极间距，探测深度为AB /3，A、B、M、N逐点同时向右移动，得到第一层剖面数据；接着AM、MN、NB增大一个电极间距，A、B、M、N逐点同时向右移动，得到下一层剖面数据；这样不断扫描测量下去，得到倒梯形断面。
（2）面波勘探方法原理
面波是指在弹性分界面处由于波的干涉而产生，并且沿界面传播，波动现象集中在界面附近的一种弹性波，其具有以下几种主要特性：
①在均匀介质条件下，面波的传播速度VR与其振动频率f（即与面波的波长λ）无关，面波在均匀介质中传播没有频散性。与此相对应，在不均匀介质中，面波的传播速度VR是频率f的函数，面波在非均匀介质中具有频散特性。在均匀介质中无频散性和不均匀介质中具频散特性是面波勘探的物理基础。
②在多层介质中，面波具有明显的频散特性。面波沿地面表层传播，影响表层的深度约为一个波长，因此同一波长面波的传播特性反映了地质条件在水平方向的变化情况，不同波长的面波的传播特性反映着不同深度的地质情况。
面波的野外采集，是在地面上沿波的传播方向，以一定的道间距△X设置N+1个检波器，就可以检测到面波在N△X长度范围内的传播过程（图2）。
设面波的频率为f，相邻检波器记录的面波的时间差为△t（或相位差为△ ），则相邻道△X长度内面波的传播速度为：
测量范围N△X内平均波速为：
在同一地段测量出一系列频率对应的VR值，就可以得到一条VR～f曲线，即面波的频散曲线，频散曲线的变化规律与地下地质条件存在着内在联系。通过对频散曲线的分析，即可划分出地下介质的分布形态[3]。
3 工程实例
拟建500kV XX变电站地处深圳市南山区，场地范围原为原裕采石场。原裕采石场于2000年以前回填，回填资料不明。回填料有粘土、砂土及碎石等，拟建变电站范围约300m×250m。
由于填土松散，孔隙多，富水，电阻率及面波速度均较低；下伏基岩（花岗岩）岩性完整，结构致密，极少有孔隙、裂隙，电阻率及面波速度均较高。填土与下伏基岩电性、波速对比物性差异显著，采取电法及面波综合物探勘探填土厚度及范围效果较好。为查清回填范围及回填厚度，共布设11条纵勘探线及5条横勘探线。面波勘探采取点布设，每条勘探线布设2～3个面波勘探点。部分探测剖面：
1号物探线：面波点布设在160m处，从频散曲线图上看出，该处填土深度约8m；高密度电法反演成果图上，能较直观的看出填土与基岩起伏形态，从测线起点到210m位置处地表以下蓝色部分（见图WT2-1），电阻率呈低阻，视电阻率ρs<179Ω·m，为人工填土；图中绿色与红色部分为中～微风化花岗岩。填土从210m位置向测线起点逐渐变深，深度变化范围10～33m。在196～206位置处电阻率呈突变，推测该位置断基岩面存在一陡坎。
5号物探线：面波点布设在60m处，从频散曲线图上看出，该处填土深度约8.3m；从30m～230m位置处地表以下蓝色部分（见图WT2-5），电阻率呈低阻，视电阻率ρs<181Ω·m，为人工填土；图中黄色与红色部分呈相对高阻，视电阻率ρs>288Ω·m，为中～微风化花岗岩。65m～180m位置处低阻往深部延伸最深，推测该段填土也埋深较厚，厚度15～25m；在163m～225m位置处纵向电阻率变化为高-低-高，物探推断第一层高阻为填石区，填方内夹杂较多的岩块，第二层低阻则为人工填土，填方较均匀，第三层高阻为中～微风化花岗岩。
4 结论
高密度电法兼具剖面法和测深的功能，具点距小、数据采集密度大的特点，能较直观、形象的反映断面地质体的形态。面波点勘探速度快、对深度把握精准，且基本不受干扰影响。
城市周边，由于震动干扰，尤其是强低频干扰，浅层地震反射、折射效果不好。而高密度电法及面波勘探受干扰影响极小。
通过综合物探勘查以及结合工程地质调查、钻探与开挖验证对比，证明了高密度电法及面波看他们在回填土探测中的可行性，基本能判断出回填的范围及回填厚度；相比钻探具有造价低、速度快、勘探较全面的优点。
参考文献
[1]蓝星、张炜、王堃鹏、周武；浅层地震和高密度电法在汉旺地区勘查中的应用. 工程地球物理学报，第9卷 第6期。
[2]赵光辉.高密度电法勘探技术及其应用[J].矿产与地质，2006，20（2）：166～168
[3]何樵登.地震勘探原理与方法[M].北京：地质出版社，1986.397
关键词：高密度电法 面波 回填土 工程勘察
1 引言
上世纪，众多采石场分布于城市周边，后期政府对采石场进行山体恢复、回填等工作；近年来，采石场土地整改利用；回填土作为软弱地层，土地开发利用前需查清其回填范围及回填厚度。
物探方法是地质调查的重要手段，通过物探方法可以获得岩土各层埋深的资料。高密度电法及面波勘探法是近年发展起来的物探方法，广泛应用于地质调查及工程勘察中[1]。
2 方法原理
（1）高密度电法方法原理
高密度电阻率法是一种阵列勘探方法，也称自动电阻率系统，是直流电法的发展；其功能相当于四极测深和电剖面法的结合。通过电极向地下供电形成人工电场，其电场的分布与地下岩土介质的电阻率ρ的分布密切相关，通过对地表不同部位人工电场的测量，了解地下介质视电阻率ρs的分布，根据岩土介质视电阻率的分布推断解释地下地质结构。这种方法原理清晰、图像直观，是一种分辨率较高的物探方法。近几年随着计算机数据采集技术的改进，使得勘探效率大大提高，增大了剖面的覆盖面积和探测深度，在微干扰的环境下也能取得可靠数据，大大提供了信噪比，可准确的勘探地质体；该方法在工程与水文地质勘探和矿产、水利资源勘查中有着广泛而成功的应用[2]。
高密度电法勘探的前提条件是地下介质的导电性差异，和常规电法一样，通过A、B电极向地下供电（电流为I），然后测量M、N极电位差ΔU，从而会的该记录点的视电阻率ρs=ΔU/I。根据实测的视电阻率剖面进行计算、处理、分析，便可获得地层中的电阻率分布情况，从而解决相应的工程地质问题。
高密度电法测量选用工程勘查中常用的温纳装置，测量时，AM=MN=NB= AB /3为一个电极间距，探测深度为AB /3，A、B、M、N逐点同时向右移动，得到第一层剖面数据；接着AM、MN、NB增大一个电极间距，A、B、M、N逐点同时向右移动，得到下一层剖面数据；这样不断扫描测量下去，得到倒梯形断面。
（2）面波勘探方法原理
面波是指在弹性分界面处由于波的干涉而产生，并且沿界面传播，波动现象集中在界面附近的一种弹性波，其具有以下几种主要特性：
①在均匀介质条件下，面波的传播速度VR与其振动频率f（即与面波的波长λ）无关，面波在均匀介质中传播没有频散性。与此相对应，在不均匀介质中，面波的传播速度VR是频率f的函数，面波在非均匀介质中具有频散特性。在均匀介质中无频散性和不均匀介质中具频散特性是面波勘探的物理基础。
②在多层介质中，面波具有明显的频散特性。面波沿地面表层传播，影响表层的深度约为一个波长，因此同一波长面波的传播特性反映了地质条件在水平方向的变化情况，不同波长的面波的传播特性反映着不同深度的地质情况。
面波的野外采集，是在地面上沿波的传播方向，以一定的道间距△X设置N+1个检波器，就可以检测到面波在N△X长度范围内的传播过程（图2）。
设面波的频率为f，相邻检波器记录的面波的时间差为△t（或相位差为△ ），则相邻道△X长度内面波的传播速度为：
测量范围N△X内平均波速为：
在同一地段测量出一系列频率对应的VR值，就可以得到一条VR～f曲线，即面波的频散曲线，频散曲线的变化规律与地下地质条件存在着内在联系。通过对频散曲线的分析，即可划分出地下介质的分布形态[3]。
3 工程实例
拟建500kV XX变电站地处深圳市南山区，场地范围原为原裕采石场。原裕采石场于2000年以前回填，回填资料不明。回填料有粘土、砂土及碎石等，拟建变电站范围约300m×250m。
由于填土松散，孔隙多，富水，电阻率及面波速度均较低；下伏基岩（花岗岩）岩性完整，结构致密，极少有孔隙、裂隙，电阻率及面波速度均较高。填土与下伏基岩电性、波速对比物性差异显著，采取电法及面波综合物探勘探填土厚度及范围效果较好。为查清回填范围及回填厚度，共布设11条纵勘探线及5条横勘探线。面波勘探采取点布设，每条勘探线布设2～3个面波勘探点。部分探测剖面：
1号物探线：面波点布设在160m处，从频散曲线图上看出，该处填土深度约8m；高密度电法反演成果图上，能较直观的看出填土与基岩起伏形态，从测线起点到210m位置处地表以下蓝色部分（见图WT2-1），电阻率呈低阻，视电阻率ρs<179Ω·m，为人工填土；图中绿色与红色部分为中～微风化花岗岩。填土从210m位置向测线起点逐渐变深，深度变化范围10～33m。在196～206位置处电阻率呈突变，推测该位置断基岩面存在一陡坎。
5号物探线：面波点布设在60m处，从频散曲线图上看出，该处填土深度约8.3m；从30m～230m位置处地表以下蓝色部分（见图WT2-5），电阻率呈低阻，视电阻率ρs<181Ω·m，为人工填土；图中黄色与红色部分呈相对高阻，视电阻率ρs>288Ω·m，为中～微风化花岗岩。65m～180m位置处低阻往深部延伸最深，推测该段填土也埋深较厚，厚度15～25m；在163m～225m位置处纵向电阻率变化为高-低-高，物探推断第一层高阻为填石区，填方内夹杂较多的岩块，第二层低阻则为人工填土，填方较均匀，第三层高阻为中～微风化花岗岩。
4 结论
高密度电法兼具剖面法和测深的功能，具点距小、数据采集密度大的特点，能较直观、形象的反映断面地质体的形态。面波点勘探速度快、对深度把握精准，且基本不受干扰影响。
城市周边，由于震动干扰，尤其是强低频干扰，浅层地震反射、折射效果不好。而高密度电法及面波勘探受干扰影响极小。
通过综合物探勘查以及结合工程地质调查、钻探与开挖验证对比，证明了高密度电法及面波看他们在回填土探测中的可行性，基本能判断出回填的范围及回填厚度；相比钻探具有造价低、速度快、勘探较全面的优点。
参考文献
[1]蓝星、张炜、王堃鹏、周武；浅层地震和高密度电法在汉旺地区勘查中的应用. 工程地球物理学报，第9卷 第6期。
[2]赵光辉.高密度电法勘探技术及其应用[J].矿产与地质，2006，20（2）：166～168
[3]何樵登.地震勘探原理与方法[M].北京：地质出版社，1986.397