高密度電阻率法在引水洞線(xiàn)勘查中的應(yīng)用

楊嘉明，楊　雪，楊　帆，郭智陽(yáng)（1.吉林大學(xué)地球探測(cè)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130000；.中水東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，吉林 長(zhǎng)春 13006）

高密度電阻率法在引水洞線(xiàn)勘查中的應(yīng)用

楊嘉明1，2，楊雪2，楊帆2，郭智陽(yáng)2
（1.吉林大學(xué)地球探測(cè)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130000；2.中水東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，吉林 長(zhǎng)春 130062）

覆蓋層及全風(fēng)化層厚度，構(gòu)造發(fā)育規(guī)模、產(chǎn)狀、延伸情況的查明，對(duì)引水洞線(xiàn)的前期設(shè)計(jì)與后期施工都起著關(guān)鍵的作用。通過(guò)實(shí)踐證明高密度電阻率法在物性條件較好的區(qū)域，能夠快捷、準(zhǔn)確、高效的查明以上兩種地質(zhì)情況。

高密度電阻率法；引水洞線(xiàn)；覆蓋層；斷層破碎帶

1　工作原理

高密度電阻率法實(shí)際上是一種陣列式電阻率測(cè)量方法，屬直流電阻率法。它借鑒地震勘探技術(shù)與計(jì)算機(jī)數(shù)字技術(shù)的典型應(yīng)用，集電剖面和電測(cè)深于一體，采用高密度布點(diǎn)，進(jìn)行二維地電斷面的測(cè)量，既能揭示地下某一深度水平巖性的變化，又能提供巖性縱向的變化情況。從主要調(diào)查對(duì)象和數(shù)據(jù)處理和成圖考察，它更具有電剖面的屬性。

高密度電阻率法的排列方式有α，β和γ等多種，但基本的排列是對(duì)稱(chēng)四極（Schlumberger）、偶極-偶極（dipole-dipole）、單極-偶極（pole-dipole）、單極-單極（pole-pole），其他的排列形式是從這些基本形式演變出來(lái)的，文中主要以常用的溫納（α，β）裝置為主要研究對(duì)象。

2　野外工作及數(shù)據(jù)處理

高密度電阻率法采用溫納α和溫納β兩種裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，其中溫納α主要解決覆蓋層問(wèn)題，溫納β主要解決構(gòu)造問(wèn)題。電極距5 m，20～30層，最大勘探深度可達(dá)75 m左右。數(shù)據(jù)采集完成后，將其導(dǎo)入計(jì)算機(jī)，首先對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行剔除虛假點(diǎn)、相鄰數(shù)據(jù)的拼接，之后使用瑞典軟件RES2DINV對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行2次修正，降低邊界效應(yīng)，然后對(duì)修正后的數(shù)據(jù)進(jìn)行最小二乘法反演處理，得到厚度與視電阻率等值線(xiàn)剖面圖。根據(jù)等值線(xiàn)剖面圖在橫向和縱向的電性差異，劃分不同的電性層，結(jié)合地質(zhì)資料，將電性層轉(zhuǎn)化為地質(zhì)層位，進(jìn)而達(dá)到覆蓋層的劃分與構(gòu)造的判定。

3　實(shí)例分析

3.1工程概況

某跨流域調(diào)水工程項(xiàng)目，位于內(nèi)蒙古自治區(qū)東北部，地理位置處于大興安嶺東南麓的中低山及丘陵區(qū)向松遼平原過(guò)渡區(qū)。勢(shì)西北高東南低，山脈總體呈北東向展布，河流均由北西流向南東。地貌形態(tài)按成因可分為剝蝕地形和侵蝕堆積地形。地層巖性主要為古生界（Pz）的石炭系～二迭系、中生界（Mz）侏羅系、新中生界（Kz）的第四系地層和燕山期侵入巖。

在引水洞線(xiàn)布置了21條高密度電阻率法剖面，以下選取測(cè)線(xiàn)較長(zhǎng)的WT17、WT18為例，進(jìn)行解釋說(shuō)明。

3.2物探工作及成果

經(jīng)過(guò)多條剖面和已知鉆孔資料的比對(duì)調(diào)整，確定該區(qū)地層的物性特征：覆蓋層視電阻率為20～240 Ω·m；沉積巖視電阻率為300～3 000 Ω·m；構(gòu)造帶及破碎區(qū)域視電阻率為40～200 Ω·m。以此為判定依據(jù)得出以下結(jié)論：

由高密度電法二維反演電阻率剖面圖（圖略）可見(jiàn)：表層0.8～26.7 m內(nèi)，視電阻率在20～240 Ω·m之間，推測(cè)為覆蓋層及凝灰?guī)r全風(fēng)化層的反應(yīng)，下部區(qū)域?yàn)樾迈r基巖，視電阻率在900 Ω·m以上。在樁號(hào)135 m及1310 m處附近探測(cè)出兩條低阻帶F6，F(xiàn)14，視電阻率在40～200 Ω·m之間，視電阻率值較低且成陡立狀規(guī)律分布，推測(cè)這兩條低阻帶為斷層破碎帶的反映。在樁號(hào)700～940 m及1 030 ～1 230 m探測(cè)出兩處低阻區(qū)域，視電阻率在40～200 Ω·m之間，視電阻率值較低且分布不均勻，等值線(xiàn)相對(duì)平穩(wěn)，推測(cè)為節(jié)理密集破碎區(qū)域的反映。

由高密度電法二維反演電阻率剖面圖（圖略）可見(jiàn)：表層0.5～19.5 m內(nèi)，視電阻率在20～240 Ω·m之間，推測(cè)為覆蓋層及凝灰?guī)r全風(fēng)化層的反應(yīng)，下部區(qū)域?yàn)樾迈r基巖，視電阻率在900 Ω·m以上。在樁號(hào)460 m及1180 m處探測(cè)出兩條低阻帶F15，F(xiàn)16，視電阻率在40～200 Ω·m之間，視電阻率值較低且成陡立狀規(guī)律分布，推測(cè)這兩條低阻帶為斷層破碎帶的反映。在樁號(hào)350～560 m及800～1 500 m探測(cè)出兩處低阻區(qū)域，視電阻率在40～200 Ω·m之間，視電阻率值較低且分布不均勻，等值線(xiàn)相對(duì)平穩(wěn)，推測(cè)為斷層破碎帶及其影響帶。

3.3鉆探驗(yàn)證

鉆探分別在WT17剖面中樁號(hào)740 m（ZK86）、900 m（ZK40）處以及WT18剖面中樁號(hào)463 m （ZK41）、1 080 m（ZK42）、1 480 m（ZK87）處布孔打鉆驗(yàn)證。下面摘取5個(gè)鉆孔的部分柱狀描述。

1）ZK86鉆孔柱狀描述為。覆蓋層厚度23.00 m?？咨?5.05～35.50 m和45.10～45.90 m，巖石破碎，多呈3～6 cm的碎塊狀?？咨?7.80～48.80 m和53.40～55.25 m，陡傾角節(jié)理發(fā)育，節(jié)理面普遍張開(kāi)，充填泥和方解石等，巖芯呈半合柱狀。發(fā)育3組節(jié)理。

2）ZK40鉆孔柱狀描述為。覆蓋層厚度24.00 m?？咨?4.4～34.9 m、37.6～43.0 m巖芯破碎，多呈碎塊狀，少數(shù)短柱狀和柱狀。發(fā)育3組節(jié)理。

3）ZK41鉆孔柱狀描述為。覆蓋層厚度16.50 m?？咨?1.30～59.00 m巖芯破碎，多呈碎塊狀，少數(shù)短柱狀?？咨?9.6～60 m巖芯破碎，多呈3～5 cm的碎塊狀。發(fā)育5組斷層，分布在孔深22.00～23.30 m、29.80～29.90 m、30.70～31.40 m、36.50～38.30 m、44.70～45.40m，主要由碎裂巖、巖屑和斷層泥組成。

4）ZK42鉆孔柱狀描述為。覆蓋層厚度6.50 m。孔深6.50～28.10 m、32.60～39.60 m、45.00～59.60 m節(jié)理發(fā)育，巖芯破碎，多呈碎塊狀、短柱狀，孔深70.00～75.10 m巖芯較破碎，多呈7～15 cm的短柱狀、柱狀。發(fā)育15組斷層，分布在孔深12.30～12.60 m、13.60～13.80 m、17.40～17.70 m、18.70～18.80 m、25.70～26.40 m、31.80～35.00 m、36.00～39.00 m、45.60～ 45.80 m、46.20～46.70 m、47.70～47.80、51.60～51.70 m、56.80～59.60 m、68.90～69.00 m、73.70～73.80 m、74.10～74.20 m，主要由斷層泥、靡棱巖、碎塊巖組成。

5）ZK87鉆孔柱狀描述為。覆蓋層厚度10.50 m?？咨?4.45～45.00 m、50.80～51.00 m、52.20～52.30 m、53.85～54.00 m和55.60～56.00 m，節(jié)理發(fā)育，巖芯破碎，多呈3～7 cm的碎塊狀?？咨?8.50～36.60 m發(fā)現(xiàn)一條斷層，傾角70°～75°，由灰綠、灰白色斷層泥、糜棱巖、碎裂巖和碎塊巖組成，擠壓現(xiàn)象明顯?？咨?0.50～28.50 m節(jié)理密集帶，受斷層影響，巖芯破碎。

3.4結(jié)論

經(jīng)鉆孔驗(yàn)證得：

1）5個(gè)鉆孔處覆蓋層厚度與實(shí)際偏差小于5%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于20%，符合水利水電工程規(guī)范要求。

2）斷層破碎帶的規(guī)模、產(chǎn)狀與鉆孔揭露結(jié)果相吻合。

3）節(jié)理密集破碎區(qū)域和斷層破碎帶影響帶的范圍與鉆孔揭露結(jié)果相吻合。

4　結(jié)語(yǔ)

1）實(shí)踐證明，在工區(qū)地形平坦、開(kāi)闊的場(chǎng)地，測(cè)區(qū)內(nèi)基巖和覆蓋層電性差異較大的情況下，高密度電阻率法在查明測(cè)區(qū)覆蓋層厚度及推斷斷層破碎帶發(fā)育情況上效果明顯且準(zhǔn)確。

2）實(shí)際勘查中，應(yīng)布置前期鉆孔，并結(jié)合高密度電法來(lái)確定不同電性層所代表的地質(zhì)層，以便準(zhǔn)確地推斷覆蓋層厚度及斷層破碎帶發(fā)育情況，最后再布設(shè)鉆孔驗(yàn)證。運(yùn)用得當(dāng)，可以節(jié)省鉆探的工作量和勘察費(fèi)用。

3）由于高密度電法仍然是一種間接探測(cè)手段，方法仍具有空間及物性條件的局限性，條件允許的情況下，應(yīng)采用綜合物探方法進(jìn)行探測(cè)。

［1］劉國(guó)興.電法勘探原理與方法［M］.北京：地質(zhì)出版社，2003.

［2］湯洪志，劉慶成，龔育齡.高密度電阻率法二維成像技術(shù)及其在工程勘察中的應(yīng)用［J］.工程，2003.

［3］劉萬(wàn)恩.高密度電法探測(cè)基巖起伏和隱伏斷裂中的應(yīng)用［J］.上海地質(zhì)，2007.

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