高密度電法在地?zé)峥碧街械膽?yīng)用

摘 要：高密度電法是近幾年一種新型物探方法，它集中了電測(cè)深以及電剖面法等常規(guī)直流電阻率物探方法的特點(diǎn)，不僅能對(duì)地下一定深度范圍內(nèi)的電性橫向變化情況進(jìn)行測(cè)定，而且能提供垂向電性的變化狀態(tài)。因其具有采集數(shù)據(jù)量大，高效率，高精度，小點(diǎn)距等優(yōu)勢(shì)，目前在地?zé)豳Y源勘測(cè)，地質(zhì)勘探等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。本次研究對(duì)高密度電法在地?zé)峥碧街械膽?yīng)用進(jìn)行了分析，并結(jié)合實(shí)例炎癥了高密度電法在地?zé)峥碧街械目尚行裕云谀転榈責(zé)峥碧焦ぷ魈峁├碚撘罁?jù)。

關(guān)鍵詞：高密度電法；地?zé)峥碧?；?yīng)用分析

地?zé)崾堑厍騼?nèi)部蘊(yùn)藏的巨大熱能，也是一種可再生的能量資源和清潔能源，具有廣闊的開發(fā)前景。在地?zé)嶙饔玫挠绊懴?，地下水被不斷加熱，成為熱水，逐漸升高的熱水中受到巖層阻礙，在壓力作業(yè)下，當(dāng)巖層出現(xiàn)裂縫時(shí)，高壓狀態(tài)的熱水和蒸汽會(huì)從地表涌出，例如溫泉?jiǎng)t是最具表象特征的地?zé)岈F(xiàn)象。近年來，在地?zé)峥碧竭^程中，高密度點(diǎn)法屬于比較簡(jiǎn)捷常用的方法，利用該方法勘探的目的為對(duì)地下熱水有成因關(guān)系的巖層斷裂構(gòu)造具體位置進(jìn)行測(cè)定，用來圈定地?zé)豳Y源分布區(qū)域，并確定巖層覆蓋厚度、熱能位置和隱伏基巖層的屬性，以下進(jìn)行詳細(xì)探討。

1 高密度電法工作原理和特點(diǎn)分析

高密度電法是目前發(fā)展相當(dāng)迅速且應(yīng)用范圍廣泛的物探方法，是以巖土導(dǎo)電性差異為測(cè)定基礎(chǔ)，對(duì)人工施加電流場(chǎng)的前提下研究低下傳導(dǎo)電流分布規(guī)律，以此推斷地下不同電阻率地質(zhì)體的賦存情況的電探方法，其基本工作原理與常規(guī)電阻率測(cè)定法相似，通過A、B電極向地下提供穩(wěn)定電流場(chǎng)I，然后在M、N兩個(gè)電極之間對(duì)電位差進(jìn)行測(cè)量，從而計(jì)算出M、N之間的電阻率值，根據(jù)實(shí)測(cè)電阻率剖面進(jìn)行演算，從而獲得地下巖層中分布的電阻率狀態(tài)，以此為依據(jù)對(duì)地層與異常地層進(jìn)行區(qū)別劃分。高密度電法測(cè)量系統(tǒng)如圖1所示。

高密度電法的特點(diǎn)包括以下幾個(gè)方面：（1）可進(jìn)行多種電極排序方式的掃描測(cè)量，因此高密度電法所獲得的帶有地電斷面結(jié)構(gòu)特征的地質(zhì)信息較為豐富全面；（2）電極布設(shè)分多次完成，不僅減少了電極裝置設(shè)置所產(chǎn)生的干擾故障，而且能為野外環(huán)境下快速準(zhǔn)確的自動(dòng)測(cè)量提供前提條件；（3）采用自動(dòng)或半自動(dòng)化的方式進(jìn)行野外數(shù)據(jù)采集，采集效率高（每個(gè)測(cè)點(diǎn)約需1～5秒），且能規(guī)避因手工操作產(chǎn)生的紕漏；（4）高密度電法可對(duì)地質(zhì)資料進(jìn)行預(yù)處理，并明確顯示出剖面曲線圖，脫機(jī)操作后還能打印成各種圖件，并進(jìn)行自動(dòng)繪制；（5）與常規(guī)電阻率法相比，高密度電法成本低，效率高，對(duì)圖件進(jìn)行解釋時(shí)也較為方便。

2 高密度電法裝置和采集系統(tǒng)

主機(jī)、多路電極轉(zhuǎn)換裝置和電極系統(tǒng)是高密度電法采集系統(tǒng)的主要組成裝置。其中，多路電極轉(zhuǎn)換裝置通過電纜對(duì)電極系統(tǒng)各電極供電與測(cè)量狀態(tài)進(jìn)行控制，主機(jī)則通過供電、通訊電纜實(shí)現(xiàn)對(duì)多路電極轉(zhuǎn)換裝置的指令發(fā)布，并向電極供電，并接收、儲(chǔ)存測(cè)定的地質(zhì)資料數(shù)據(jù)，自動(dòng)儲(chǔ)存采集結(jié)果，再通過通訊軟件將原始采集數(shù)據(jù)發(fā)送到計(jì)算機(jī)終端，計(jì)算機(jī)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為預(yù)處理軟件所要求的格式，經(jīng)過軟件處理模塊對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行地形校正、畸形測(cè)點(diǎn)刪除等預(yù)操作，做出視電阻率等值線圖，根據(jù)視電阻率變化特點(diǎn)，并結(jié)合地質(zhì)調(diào)查資料和鉆探資料對(duì)地質(zhì)進(jìn)行解釋，最后對(duì)物探成果解釋圖件進(jìn)行繪制。隨著科技發(fā)展，高密度電法儀器功能日趨成熟，主要表現(xiàn)在以下方面：采用硬盤對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，滿足野外工作環(huán)境下長(zhǎng)時(shí)間施工的要求；采用嵌入式工控機(jī)，提升了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性；多種工作模式可實(shí)現(xiàn)自由轉(zhuǎn)換，計(jì)算機(jī)與測(cè)定儀器一體化，攜帶便捷。

3 高密度電法在地?zé)峥碧街械膽?yīng)用——以某工區(qū)為例

3.1 地貌、地質(zhì)概況

該工區(qū)地層為二疊系，發(fā)育有西北→東南流向的河流，山峰分布較多，且四周分布大小各異的山間溝谷，地勢(shì)險(xiǎn)峻，局部地段有懸崖，斜坡傾斜度在60°以上。工區(qū)位于斷裂帶，巖石碎裂形成壓型和壓扭型斷裂破碎帶，經(jīng)勘探，巖層巖性包括板巖、石英巖等，部分區(qū)域巖層巖性為燕山期侵入花崗巖。

3.2 物探目的

物探工作的主要目的是尋找含水的斷裂構(gòu)造，由于含水的斷裂構(gòu)造地質(zhì)阻值表現(xiàn)較低，在正式探查前，為了對(duì)工區(qū)電性參數(shù)進(jìn)行了解，首先需進(jìn)行電性參數(shù)測(cè)量，具體數(shù)據(jù)如下：含水構(gòu)造地帶電阻率值為50～300Ω·m，基層巖石電阻率值1000～10000Ω·m，表層碎石層電阻率值為300～800Ω·m。結(jié)果表明含水構(gòu)造地帶電阻率值與基層完整巖石相比差異明顯，初步具備高密度電法物探的基礎(chǔ)條件。

3.3 勘探方法

采集裝置為分辨率和穩(wěn)定性交好的溫納裝置，120個(gè)電極，點(diǎn)距5m，測(cè)線排列長(zhǎng)600m，最大供電電壓值為360V，滾動(dòng)覆蓋，保證能滿足100m的勘探深度和精度。采用瑞典res2dinv軟件對(duì)采集的視電阻率原始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)格式，并進(jìn)行地形校正，將三種方法進(jìn)行正演，選擇最優(yōu)結(jié)果，對(duì)圖像進(jìn)行反演迭代處理，最終得到視電阻率色譜圖。以異常體深度和產(chǎn)狀二維地點(diǎn)斷面圖為依據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)地質(zhì)信息的合理解釋，通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，剔除壞點(diǎn)，采用內(nèi)插值方法對(duì)發(fā)生畸形變化的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，對(duì)地形進(jìn)行校正后可創(chuàng)建模型，斷裂層面在高密度電法圖件中，與基巖電阻率有明顯差異，但需要注意的是，若斷裂層出現(xiàn)兩盤錯(cuò)動(dòng)的復(fù)雜地質(zhì)，縱向上斷裂層電阻率會(huì)相應(yīng)延伸，斷裂層電阻率值會(huì)相應(yīng)偏高或偏低。

3.4 側(cè)線剖面成果圖剖析

剖面圖如圖2所示，其中有a、b兩處明顯異常，其電阻率均呈現(xiàn)明顯的橫向變化，且縱向有一定程度延伸，根據(jù)本工區(qū)已知的地質(zhì)資料，斷裂層傾向與a、b傾向存在一致性，因此a、b兩處可確定為斷裂層。在a、b之間的低阻區(qū)，距已知地?zé)崧饵c(diǎn)相近，因此可推斷出該低阻區(qū)為地?zé)嵘嫌浚瑤r石空隙得到充填而產(chǎn)生，處于斷裂層a、b以及中間區(qū)域即為地?zé)嵘嫌客ǖ溃瑸榭碧街攸c(diǎn)異常區(qū)域，此外，處于450m和320m下方的兩處低阻區(qū)推斷為地表水滲透所導(dǎo)致。

圖2 側(cè)線第一剖面高密度電法圖件

4 結(jié)束語(yǔ)

文章對(duì)利用高密度電法勘探地?zé)崮茉吹墓ぷ髟砗蛯?shí)際應(yīng)用進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，斷裂層與基巖間存在明顯的電阻率差異，因此高密度電法對(duì)斷裂層有確切的勘測(cè)效果，通過掌握斷裂層橫向和縱向兩端的形態(tài)分布，推斷出地?zé)豳Y源的分布區(qū)間。文章物探工作中采用120個(gè)電極對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，與常規(guī)電阻率法相比，高密度電法所能勘探的斷面更長(zhǎng)，深度更深，且采集數(shù)據(jù)更為豐富全面，在地?zé)豳Y源的勘探中有重要的應(yīng)用價(jià)值。

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作者簡(jiǎn)介：李雷（1987，6-），男，遼寧鐵嶺人，助理工程師，研究方向：物探。