高密度電法在地質(zhì)勘查中的應用

陳 晨， 王 奪， 高 攀

(安徽省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站，安徽 合肥 230000)

高密度電法是在常規(guī)直流電法基礎上發(fā)展而來，它具有高密度(小電極距，一般1～10 m)、多道(一個排列72～120根電極)、高效(一次布設完所有電極，自動改變電極距，由淺入深自采自存)等優(yōu)點。實現(xiàn)一次陣列布極，完成縱、橫雙向高分辨率二維勘探過程，既能反映地下某一深度沿水平方向巖土體的電性變化，同時又能提供地層巖性沿縱向的電性變化情況，具有低成本，高分辨率，數(shù)據(jù)信息豐富等特點，目前在金屬與非金屬礦產(chǎn)、工程地質(zhì)、地質(zhì)災害檢、測、巖溶洞穴景觀資源等各領域得到廣泛應用，解決了很多實際問題，產(chǎn)生極大的社會效益及經(jīng)濟效益。

1 高密度電法工作原理

高密度電法的基本工作原理與常規(guī)電阻率法大體相同，以巖土體的電性差異為基礎，研究在施加電場的作用下，地下傳導電流的變化分布規(guī)律，推斷地下具有不同電性差異的地質(zhì)體或構(gòu)造的位置形態(tài)。

高密度電法的工作時是根據(jù)項目任務及場地條件布

設測線，在選定的測線上一次布置幾十甚至上百個電極，用多芯電纜連接到高密度電法測量設備上，測量主機根據(jù)預設腳本通過多路電極轉(zhuǎn)換開關將布設電極連接為所需的電極裝置形式，高效測量并記錄由多種不同極距組合而成的斷面數(shù)據(jù)。

2 高密度電法工作裝置

高密度電法野外數(shù)據(jù)采集工作中常用的電極排列形式包括：溫納排列、溫納-施倫貝爾排列、三極排列、偶極排列、以及施倫貝謝爾排列等。相比其他排列形式，溫納排列具有受旁側(cè)干擾、地表電性不均勻體等不利因素影響小等特點，在以地質(zhì)分層為主要目的勘探工作中最為行之有效。所謂溫納排列，即多種不同極距的等距對稱四極裝置的組合，電極排列順序依次是：A、M、N、B，其中由電極A、B供電，電極M、N測量，AM=MN=NB=na，a為極距，隨著隔離系數(shù)n由1逐漸增大，接入的4個電極的間距漸漸拉開，最終得到倒梯形的測量斷面。溫納排列工作原理如圖1所示。

圖1 溫納排列工作原理示意圖

3 高密度電法在地質(zhì)勘查的應用

在安徽省某市三維城市地質(zhì)調(diào)查中，為了確定調(diào)查區(qū)第四系結(jié)構(gòu)分層、基巖埋深和形態(tài)以及基巖時代和巖性，開展了以高密度電法為主的物探工作。通過對采集的數(shù)據(jù)進行的綜合解譯，勘探效果良好，為進行城市地質(zhì)環(huán)境評價等工作提供數(shù)據(jù)支撐，證明了高密度電法在地質(zhì)勘查工作中實際效果好，是一種經(jīng)濟高效的勘查手段。

3.1 區(qū)域地質(zhì)概況

調(diào)查區(qū)屬揚子地層區(qū)江南地層分區(qū)，結(jié)合地質(zhì)資料分析，高密度電法工作區(qū)主要地層有第四系坡積層粘土、砂卵礫石以及下伏基巖白堊系砂巖、三疊系灰?guī)r、二疊系砂巖等。根據(jù)收集鉆孔資料揭露淺部灰?guī)r上部較風化，下部完整，為微晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙發(fā)育，棕紅色泥質(zhì)充填裂隙，節(jié)理面有鐵質(zhì)氧化物，巖性呈柱狀，較完整。

3.2 高密度剖面布設

為了完成項目任務，結(jié)合測區(qū)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造特征，綜合考慮場區(qū)條件，我們布設2條高密度測線，每條測線布設192根電極，電極距為5 m，測線長955 m，大致垂直于地層走向布設。工作布置如圖2。

圖2 高密度電法工作布置示意圖

3.3 高密度電阻率法反演結(jié)果及異常解釋

結(jié)合已收集鉆孔資料分析，高密度測線沿線區(qū)域地層主要表現(xiàn)為第四系覆蓋層下伏基巖，覆蓋層主要由耕植土、粉土、礫石組成，不同區(qū)域略有差異，其電學性質(zhì)與地層成分有關，主要成分為耕植土、粉土時，其電阻率一般表現(xiàn)為相對低值，當?shù)[石、碎石土含量較高時即表現(xiàn)為相對高值；下伏基巖以砂巖和灰?guī)r為主，基巖表層風化程度較高，完整的基巖一般表現(xiàn)為相對高電阻率，隨著風化程度增大，基巖電阻率隨之變小，充水的風化殼電阻率尤小。

圖3、圖5分別是1線、2線反演電阻率斷面圖。由圖可見，淺部電阻率等值線較密集帶主要以100 Ω·m的等值線為界，淺表部電阻率較低，推測為第四系粘土層的電性反映，淺中部電阻率高而等值線密集，推測為第四系礫石層的電性反映，中深部電阻率值較低，推測為風化程度較高的灰?guī)r的電性反映，100 Ω·m等值線附近即為基巖頂界面；深部電阻率等值線較密集帶主要以80 Ω·m的等值線為界，上部是電阻率值較低的風化灰?guī)r的電性反映，下部電阻率值高而等值線密集，推測為較完整二疊系砂巖的電性反映，80 Ω·m等值線附近即為三疊系灰?guī)r與二疊系砂巖界面。1線、2線高密度電法地質(zhì)剖面圖見圖4、圖6。

圖3 1線高密度電法反演斷面圖

圖4 1線高密度電法地質(zhì)剖面圖

圖5 2線高密度電法反演斷面圖

圖6 2線高密度電法地質(zhì)剖面圖

3.4 鉆孔驗證

項目后期在工作區(qū)開展了大量的鉆探工作。為了驗證高密度電法成果的可靠性，我們在高密度電法2線附近選取了1個鉆孔進行驗證，鉆孔揭示的第四系地層結(jié)構(gòu)及基巖巖性、埋深與解譯成果基本吻合，說明解譯成果可信度高。

4 結(jié)論

(1)高密度電阻法在本次的地質(zhì)勘查中，能夠較準確地區(qū)分不同時代和巖性的地層，確定地層埋深和形態(tài)。

(2)在本次的地質(zhì)勘查中，高密度電阻法取得了很好的勘探效果，是相似地質(zhì)條件下地質(zhì)勘查工作的一個典型案例。

(3)相對于常規(guī)電法，高密度電法具有高效、高分辨率、低成本、數(shù)據(jù)量大等特點，是一種簡便快速的物探勘察手段。

(4)由于高密度電法方法及技術的限制，其獲得的成果數(shù)據(jù)只是地質(zhì)體電阻率參數(shù)的分布，在進行成果定量解釋時較為困難，需要結(jié)合與地質(zhì)、鉆探資料綜合分析。