《工程勘察》
工程建设场地受地质构造运动或人为地下施工扰动等影响，地表及地下一定范围内容易出现岩土体开裂，会对地表及地下工程构成严重威胁。因此，查明断裂的地下空间分布规律对工程建设极为重要。断裂作为一个软弱夹层，其连续性和完整性与两盘完整岩体相比，发生了明显变化，相对于围岩的电阻率，断裂处的电阻率可表现为低阻或高阻，这取决于断裂性质、破碎带宽度、胶结程度、含水特征、岩脉侵入等特性及围岩电阻率特性。一般来说，新断裂电阻率较低，断裂越老，胶结程度随之越强，电阻率越高；破碎带越宽，越破碎，电阻率相对较小；地下和地表水越丰富，电阻率越小；有岩脉顺裂缝侵入，多表现为高阻[1]。这种断裂处的地质表现形式和电性特征为电法探测提供了物理前提。
高密度电法作为一种地球物理勘探方法，具有成本低、勘探效率高，用于断裂构造探测，可直观地展示地下结构电阻率的分布，可在一定程度上反映断裂的空间分布情况，在断裂构造探测中是可行的[2]。文章以高密度电法为探测手段，用于某工程的断裂构造探测，取得了较好效果。
1 基本原理与工作方法
1.1 基本原理
高密度电法是一种陈列式电阻率勘探方法，是以岩石、矿石的电阻率差异为基础，研究在人工建立的地下稳定电流场作用下，地质体传导电流的分布特征和变化规律，以便查明地质构造的一种地球物理勘探方法[3]。高密度电法的基本原理与常规电阻率法相同，如图1所示。
图1 电法工作原理示意图
在实际工作中，A、B为供电电极，M、N为测量电极，通过仪器测出电流I和MN处的电位差，电阻率按式（1）计算：
式中：ρ为岩石电阻率，为MN极测得的电位差，V；I为测得的电流，A；K为装置系数，与A、B、M、N各电极间的相对位置有关。
在实际测量中，由于地形起伏、地下介质不均匀及各向异性等原因，使得实际测得的电阻率值不是岩石的真实电阻率，而是地下电性不均匀体和地形起伏的一种综合反映，称之为视电阻率[4]。
1.2 工作方法
高密度电法在实际工作中常用排列方式有温纳排列α、偶极排列β、施伦贝谢尔排列α2、三极AMN排列或三极MNB排列。一般情况下，温纳排列的垂向分辨率相对较高，在深部浅部均有较大的一次场电压VP值，在地表干燥、接地不良、供电电流较小时也有较高信噪比，地形起伏造成的干扰较小；其缺点是由于MN随着AB的增大而增大，在地层深部分辨率降低[5]。综合考虑探测目标和地形条件，该次工作选择温纳排列形式，如图2所示。温纳排列的电极排列顺序为A→M→N→B（其中A和B是供电电极，M和N是测量电极）。开始测量时，AM=MN=NB为一个电极距，A、B、M、N逐点同时向右滚动，测得第一条剖面线；然后AM、MN、NB同时增加一个电极距，A、B、M、N逐点同时向右滚动，测得另外一条剖面线。测量过程中，MN的电极间距与AB的电极间距始终保持着1∶3的关系，即AM=MN=NB，经过这种方法不断采集直至结束，最终的测量断面为倒梯形。
图2 温纳排列电极位置示意图
2 工程实例
某隧道出口区在施工过程中地表出现了裂缝，最大裂缝宽度为7.6cm，延伸约27m。为查明该断裂的地下空间分布形态和影响范围，为施工提供指导，采用高密度电法进行探测。
2.1 地质地球物理特征
该测区自然地形坡度较陡，海拔为1890～1985m，出露地层为第三系（N）砾岩、粉砂岩、砂砾层、黏土和石炭系中上统（C2+3）鲕状灰岩、生物灰岩、灰岩夹白云岩。第四系覆盖层或全—强风化层电阻率一般比较低，通常＜200Ω·m，但是浅部松散层电阻率相对较高，甚至可高达1000Ω·m以上。砂岩主要呈中低阻分布，电阻率为100～800Ω·m。完整的灰岩电阻率较高，通常＞2000Ω·m，岩体越完整，电阻率越高。在岩体风化、破碎强烈、岩溶发育、节理裂隙发育的情况下，电阻率会出现不同程度降低，最低可达100Ω·m以下。根据各地层电性变化特征，岩（土）层的电性存在差异，具备高密度电法开展的地球物理条件。测区地质情况如图3所示。
图3 测区地质情况
2.2 工作布置
根据测区地质和地形条件，布置了1条测线，测线方向垂直于地表裂缝走向，采用温纳排列，电极间距为5m，剖面总电极数为60根。由于裂缝出露地表位置已知，测线中点位于裂缝上方，即第31根电极位于裂缝上方。