跨孔電阻率層析成像在孤石探測中的應(yīng)用

王國方 肖開樂

摘 要：跨孔電阻率層析成像是通過在兩鉆孔中分別放入一定數(shù)量的電極，觀測兩孔間電流、電壓數(shù)據(jù)，通過反演獲得兩井間電阻率分布斷面圖，分析不同巖土介質(zhì)與電阻率之間的對應(yīng)關(guān)系，進(jìn)行地質(zhì)信息解釋，進(jìn)而達(dá)到工程勘探目的。它不僅解決了孔與孔之間的電阻率問題，而且對場地要求較低施工方便。通過對深圳地鐵歡樂海岸孤石的大小和范圍進(jìn)行探測，充分證明該方法在解決此類工程問題上的有效性和準(zhǔn)確性。

關(guān)鍵詞：跨孔；電阻率；層析成像；孤石

中圖分類號：TB 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A doi：10.19311/j.cnki.16723198.2017.21.106

1 引言

巖石在風(fēng)化營力的作用下，其結(jié)構(gòu)、成分和性質(zhì)已產(chǎn)生不同程度的變異，應(yīng)定名為風(fēng)化巖。根據(jù)風(fēng)化程度的不同劃分為全、強(qiáng)、中、微四類。已完全風(fēng)化成土而未經(jīng)搬運(yùn)的應(yīng)定名為殘積土。孤石是殘留于風(fēng)化巖體中，多為中-微風(fēng)化狀，周圍巖體多為全風(fēng)化狀，主要是不均勻風(fēng)化的產(chǎn)物（如花崗巖的球狀風(fēng)化）。孤石是獨立存在的，一般處的位置不高；塊石主要為坡洪積、崩積、滑坡堆積、倒石錐等形成，粒徑大于20cm的顆粒含量超過50%。在進(jìn)行城市基礎(chǔ)設(shè)施的修建前必須予以查明。本文針對深圳地鐵歡樂海岸修建前期，采用跨孔電阻率層析成像對有孤石區(qū)域進(jìn)行檢測，得出多條視電阻率剖面圖，分析判斷孤石的大小以及范圍。

2 跨孔電阻率層析成像的基本原理

直流電法是通過地面或井下的兩個供電電極（一正一負(fù)）向地下注入穩(wěn)定電流，形成一個穩(wěn)定電流場，由于巖礦體和地質(zhì)異常存在電性差異，在地表或井下觀測到的電流場分布將會不同，通過直流電法儀記錄相關(guān)參數(shù)，求取視電阻率，根據(jù)電阻率的變化來判斷地下的地質(zhì)異常。

而跨孔電阻率層析成像是以巖礦石的電性差異為基礎(chǔ)，在兩鉆孔中分別放入一定數(shù)量的電極，觀測兩孔間電流、電壓數(shù)據(jù)，通過反演獲得兩井間電阻率分布斷面圖，分析不同巖土介質(zhì)與電阻率之間的對應(yīng)關(guān)系，進(jìn)行地質(zhì)信息解釋，進(jìn)而達(dá)到工程勘探的目的。

3 野外施工

3.1 野外施工設(shè)計

孤石探測共分為三個區(qū)域，分別為ZK70區(qū)域、ZK62區(qū)域和ZK67區(qū)域。由于回填土比較松散含水性較差和PVC管高阻導(dǎo)致電流屏蔽較為嚴(yán)重，采集數(shù)據(jù)量比較少，導(dǎo)致以下三個區(qū)域探測時，淺部（0-5米）的反演結(jié)果失真?？缈纂娮杪蕦游龀上穹ú杉瘮?shù)據(jù)時，需要有鉆孔方能進(jìn)行。而鉆孔實際上是會改變其周圍介質(zhì)的視電阻率性質(zhì)，因此在下面的視電阻率剖面中，靠近鉆孔的數(shù)據(jù)與中部數(shù)據(jù)會有差異。

3.2 數(shù)據(jù)采集

本次使用的儀器是由澳大利亞研發(fā)的FlashRES UNIVERSA系統(tǒng)。該儀器具有采集數(shù)據(jù)過程自動化程度高，數(shù)據(jù)量大的特點，經(jīng)多項工程探測實踐證明，探測效果理想，準(zhǔn)確度較高。

按照儀器的工作方式進(jìn)行測線放置，對已知采空區(qū)的地方進(jìn)行試驗工作，根據(jù)試驗數(shù)據(jù)設(shè)定工作參數(shù)，本次數(shù)據(jù)采集的具體參數(shù)為，采集供電電壓120v，供電時間3s，電極全排列組合供電，剩余電極多通道采集。

4 數(shù)據(jù)處理、解釋與成圖

4.1 數(shù)據(jù)處理

FlashRES 64多通道超高密度地面/井地/井井直流電法勘探系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理是利用該套儀器專門配置的處理軟件FlashRES 64進(jìn)行處理，處理結(jié)果的輸出為Surfer能夠直接調(diào)用的grd格式的文件，再用Surfer繪制的該剖面的真電阻率剖面圖，最后利用該真電阻率剖面圖結(jié)合地質(zhì)及其它物探方法的資料進(jìn)行綜合解釋工作。

4.2 解釋

孤石其介質(zhì)成分主要是花崗巖，應(yīng)在圖上表現(xiàn)為相對高阻異常，另外由于孤石是一個孤立體，故在視電阻率剖面上表現(xiàn)為一個閉合曲線。由于各種介質(zhì)的電阻率除本身的電性特征外，還受多種外界因素的影響，如濕度，溫度，密實度，地下水礦化程度和在施工中其它鉆孔繼續(xù)施工作業(yè)，還有周圍高壓電的影響，而不同巖性在不同的情況下可能導(dǎo)致相同的電性曲線，這使得本方法在解譯時很難給出一個確定的視電阻率判釋數(shù)值。根據(jù)在探測區(qū)探測的情況，我們認(rèn)為孤石的視電阻率值應(yīng)在30歐姆·米以上。

4.3 成果圖

ZK70區(qū)域測線布置見圖1。圖2和圖3分別為通過對ZK70-1（ZK16）與ZK70-3（ZK17）和ZK70-2（ZK18）與ZK70-4（ZK19）進(jìn)行跨孔電阻率成像得到的視電阻率剖面圖和相應(yīng)的地質(zhì)推斷圖。在地質(zhì)推斷圖中淺藍(lán)虛線表示推斷地下水位大約在地表以下1.4米，紅線表示推斷填土與淤泥的分界面，綠線表示推斷淤泥與殘積土的分界面，藍(lán)線表示推斷殘積土與花崗巖（基巖）的分界面，紅圈表示推斷孤石的位置。

在圖3中深度1-2米和圖2深度3-6米處的高阻異常體，我們推測是由于回填土比較松散含水性較差或PVC管高阻導(dǎo)致電流屏蔽較為嚴(yán)重，采集數(shù)據(jù)量比較少，反演結(jié)果失真導(dǎo)致的。在圖2深度9-15米和圖3深度14-16米出現(xiàn)高阻異常區(qū)，該高阻異常區(qū)的視電阻率值在35歐姆·米，我們推測是由于殘積土中的碎石造成的。圖2和圖3中深度8-14米處出現(xiàn)低阻區(qū)域，該區(qū)域的電阻率值范圍是0-10歐姆·米，推測是由于殘積土的含水（海水的電阻率很低）比較大造成的。在圖2視電阻率剖面圖的橫坐標(biāo)2-4米、深度約19米到21米處和圖3的2-4米、深度約19米到21米處的視電阻率值都大于45歐姆·米，我們推測這兩處的高阻異常區(qū)是較完整的基巖或孤石，在視電阻率剖面圖中用紅圈表示，在孤石位置平面圖（圖4）中用陰影表示孤石或完整基巖的分布范圍。

與ZK70的成圖方法相同，分別得到ZK67和ZK62的孤石位置平面圖，用圖5和圖6表示。

5 結(jié)論

通過跨孔電阻率層析成像探測，發(fā)現(xiàn)在圖1所示的三個分測區(qū)內(nèi)皆存有孤石。具體如下：

（1）ZK70處孤石的位置如圖4所示。在ZK70-1與ZK70-3測線距（ZK70-1）2米到4米和ZK70-2與ZK70-4測線距（ZK70-2）2米到3.8米之間的區(qū)域，其深度大約在18-21米處。

（2）ZK67處孤石的位置如圖5所示。在ZK67-3與ZK67-5測線距（ZK67-3）2.8米到4.8米和ZK67-4與ZK67-6測線距（ZK67-4）3米到4.8米之間的區(qū)域，還有ZK67-4與ZK67-5測線距（ZK67-4）1.5米到3米之間的區(qū)域，其深度大約在20-24米處。

（3）ZK62處孤石的位置如圖6所示。在ZK62-1與ZK62-3測線距（ZK62-1）1.8米到4米和ZK62-2與ZK62-4測線距（ZK62-2）2.8米到5.8米之間的區(qū)域，還有ZK62-1與ZK62-2測線距（ZK62-1）2米到3.5米之間的區(qū)域，其深度大約在18-22米處。

參考文獻(xiàn)

[1]程燕萍，郭凱. 超高密度電法及地震映像法在巖溶勘察中的應(yīng)用[J]. 山西建筑，2015，41（29）：7879.

[2]林達(dá)明，尚彥軍，王松等. 等位線追蹤法在井間電阻率成像中的應(yīng)用初探[J]. 地球物理學(xué)進(jìn)展，2010，25（5）：18411847.

[3]尚耀軍，何耀京，黃子龍. 跨孔超高密度電法CT在巖溶勘察中的應(yīng)用[J]. 工程地球物理學(xué)報，2013，10（4）：545550.

[4]戴前偉，邰曉勇，王鵬飛. 超高密度電法的對比分析研究[J]. 工程勘察，2013，（9）：7579.

[5]王樺，紀(jì)洪廣. 跨孔直流電阻率法CT勘探技術(shù)研究[J]. 地球物理學(xué)進(jìn)展，2010，25（5）：18331840.endprint