高密度電法勘探在礦區(qū)隧道工程勘查中的應(yīng)用

張 展，王 富，孫發(fā)魁

（海南省地質(zhì)綜合勘察院，海南 ?？?570000）

本區(qū)域地處熱帶，為熱帶季風(fēng)氣候，夏秋炎熱多雨，冬春溫暖干旱偶有陣寒。本次物探工作共完成高密度電法測量剖面8條，共完成452個(gè)測點(diǎn)；通過數(shù)據(jù)處理及反演，繪制了8條物探推斷解譯及地質(zhì)綜合剖面圖，根據(jù)物探資料和綜合地質(zhì)資料，綜合推斷構(gòu)造破碎帶1條及巖石破碎1處。

測區(qū)覆蓋層主要巖性為：花崗巖風(fēng)化土（砂土、砂礫等），其電阻率一般在10Ω·m至100Ω·m之間，覆蓋層下面花崗巖、局部為花崗斑巖等，其視電阻率大于400Ω·m，構(gòu)造帶或破碎帶的電阻率在20Ω·m～100Ω·m之間。與圍巖相比構(gòu)造帶或破碎帶具有低阻之特征，為該區(qū)開展高密度電法提供地球物理特征的前提。

1 高密度電法

1.1 儀器設(shè)備

本次使用的高密度電法儀器為吉林大學(xué)研制的E60M型電法工作站，該電法工作站是一種新型的電法儀，儀器采用程控方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和電極控制，采集的數(shù)據(jù)以圖像的形式實(shí)時(shí)顯示在屏幕上，以便您隨時(shí)可以監(jiān)控資料的質(zhì)量[1]。該型儀器可以進(jìn)行各種裝置的高密度電阻率測試。同時(shí)，具有雙頻高密度激發(fā)激化法、自然電位法、充電法及瞬變電磁法等勘探方法可擴(kuò)展，由于儀器本身配置有高性能的計(jì)算機(jī)，配合相應(yīng)的處理軟件系統(tǒng)，可對上述所采集的資料進(jìn)行現(xiàn)場處理[2]。

1.2 野外工作方法

1.2.1 工作裝置

E60M型儀器的主要功能，能夠完成二極裝置、單邊三極裝置、溫納裝置、偶極裝置和施倫貝爾，以及自定義數(shù)據(jù)采集模式等裝置形式的高密度電阻率數(shù)據(jù)采集、圖形顯示工作。其對應(yīng)的采集軟件為EMS2008.EXE，該軟件具有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)文件存盤、數(shù)據(jù)文件的回放調(diào)用等功能。

1.2.2 工作參數(shù)

通過多次現(xiàn)場試驗(yàn)，確定了野外工作參數(shù)如下：電極間距10m；每串電極數(shù)8根；供電時(shí)間1秒；自電補(bǔ)償選擇關(guān)閉；低通濾波器選擇大于150kHz；進(jìn)行50Hz工頻干擾抑制；走極方式選擇自動；選擇剖面模式，具體見圖1。

圖1 高密度電法野外測量方式示意圖

1.3 高密度電法數(shù)據(jù)采集

設(shè)置工作參數(shù)后，檢查線路及接地電阻使其達(dá)到工作要求。通過多次現(xiàn)場試驗(yàn)，在供電條件滿足要求情況下，采集了溫納a、溫納beta、施倫貝爾裝置。

1.4 室內(nèi)資料處理

E60M型儀器配有相關(guān)的數(shù)據(jù)采集軟件，E60MEDIT觀測系統(tǒng)編輯軟件進(jìn)行采集參數(shù)設(shè)置，將觀測系統(tǒng)文件存為“.dat”文件，運(yùn)行EMS2008高密度數(shù)據(jù)采集軟件，在儀器菜單中調(diào)用觀測系統(tǒng)文件，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)采集完畢后，自動生成“.dat”和“.txt”文件進(jìn)行數(shù)據(jù)存盤。根據(jù)現(xiàn)場干擾情況，在采集軟件顯示的原始剖面上進(jìn)行畸變點(diǎn)刪除。室內(nèi)可利用RES2DINV 軟件對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行反演，繪制等電阻率剖面反演圖。

2 推斷解釋

2.1 1號測線剖面成果分析

綜合工區(qū)地質(zhì)資料及鄰區(qū)的鉆孔資料，依據(jù)反演模型電阻率帶地形斷面圖中的等值線形態(tài)和梯度變化特征，厘定了視電阻率400Ω·m作為覆蓋層與花崗巖基巖面之間臨界電阻率，以此推測出整個(gè)剖面的地質(zhì)體分界線。在剖面上260m和400m的位置分別是右隧道入出口的位置。

圖2 1號測線剖面圖

從橫向上看，淺地表有一些低阻的覆蓋層，埋深約2m～10m，其中有部分高阻，推斷為基巖出露或碎石土所致；其中在剖面240m～290m、標(biāo)高+5m～+30m分布一中低阻區(qū)D1，其電阻率位于100Ω·m～300Ω·m之間，綜合地質(zhì)資料，推斷為巖石破碎體所引起的低阻區(qū)域。

在剖面360m下方，有一向小號點(diǎn)下方傾向延伸的低阻異常帶，異常值小于150Ω·m，傾向小號點(diǎn)方向，該異常從標(biāo)高+50m處向下延伸至標(biāo)高-70m處。綜合地質(zhì)資料，推斷該低阻異常由一構(gòu)造破碎帶引起，編號Fw1。

2.2 2號測線剖面成果分析

綜合工區(qū)地質(zhì)資料及鄰區(qū)的鉆孔資料，依據(jù)反演模型電阻率帶地形斷面圖中的等值線形態(tài)和梯度變化特征，厘定了視電阻率400Ω·m作為覆蓋層與花崗巖基巖面之間臨界電阻率，以此推測出整個(gè)剖面的地質(zhì)體分界線。在剖面上250m和400m的位置分別是左隧道入出口的位置。

圖3 2號測線剖面圖

從橫向上看，淺地表有一些低阻的覆蓋層，埋深約1m～8m，其中有部分高阻，推斷為基巖出露或碎石土所致；其中在剖面250m～300m、標(biāo)高+5m～+38m分布一處中低阻區(qū)D1，其電阻率位于100Ω·m～200Ω·m之間，綜合地質(zhì)資料，推斷為巖石破碎體所引起的低阻區(qū)域。

在剖面355m下方，有一向小號點(diǎn)下方傾向延伸的低阻異常帶，異常值小于150Ω·m，傾向小號點(diǎn)方向，該異常從標(biāo)高+50m處向下延伸至標(biāo)高-70m處。綜合地質(zhì)資料，推斷該低阻異常由一構(gòu)造破碎帶引起，編號Fw1。

2.3 7號測線剖面成果分析

綜合工區(qū)地質(zhì)資料及鄰區(qū)的鉆孔資料，依據(jù)反演模型電阻率帶地形斷面圖中的等值線形態(tài)和梯度變化特征，厘定了視電阻率400Ω·m作為覆蓋層與花崗巖基巖面之間臨界電阻率，以此推測出整個(gè)剖面的地質(zhì)體分界線。

圖4 7號測線剖面圖

從橫向上看，淺地表有一些低阻的覆蓋層，埋深約2m～10m，其中有部分高阻，推斷為基巖出露或碎石土所致；其中在剖面270m～330m、標(biāo)高+20m～+38m分布一處中低阻區(qū)D1，其電阻率位于100Ω·m～200Ω·m之間，綜合地質(zhì)資料，推斷為巖石破碎體所引起的低阻區(qū)域。

在剖面400m下方，有一向小號點(diǎn)下方傾向延伸的低阻異常帶，異常值小于100Ω·m，傾向小號點(diǎn)方向，該異常從標(biāo)高+50m處向下延伸至標(biāo)高-50m處。綜合地質(zhì)資料，推斷該低阻異常由一構(gòu)造破碎帶引起，編號Fw1。

2.4 8號測線剖面成果分析

綜合工區(qū)地質(zhì)資料及鄰區(qū)的鉆孔資料，依據(jù)反演模型電阻率帶地形斷面圖中的等值線形態(tài)和梯度變化特征，厘定了視電阻率400Ω·m作為覆蓋層與花崗巖基巖面之間臨界電阻率，以此推測出整個(gè)剖面的地質(zhì)體分界線。

圖5 8號測線剖面圖

從橫向上看，淺地表有一些低阻的覆蓋層，埋深約1m～12m，其中有部分高阻，推斷為基巖出露或碎石土所致；其中在剖面250m～300m、標(biāo)高+23m～+40m分布一處中低阻區(qū)D1，其電阻率位于100Ω·m～200Ω·m之間，綜合地質(zhì)資料，推斷為巖石破碎體所引起的低阻區(qū)域。

在剖面360m下方，有一向小號點(diǎn)下方傾向延伸的低阻異常帶，異常值小于100Ω·m，傾向小號點(diǎn)方向，該異常從標(biāo)高+50m處向下延伸至標(biāo)高-55m處。綜合地質(zhì)資料，推斷該低阻異常由一構(gòu)造破碎帶引起，編號Fw1。

3 結(jié)論

根據(jù)該項(xiàng)目的工作要求，在其擬建隧道軸線的勘探線上設(shè)計(jì)了兩條物探剖面（剖面1和剖面2）；隧道出口兩端各布置3條交叉線（剖面3、4、5、6、7，8）。

共完成8條高密度電法測量剖面，完成452個(gè)測點(diǎn)?，F(xiàn)場數(shù)據(jù)采集均按照設(shè)計(jì)及有關(guān)規(guī)范要求完成，且野外數(shù)據(jù)采集真實(shí)可靠。同時(shí)，通過數(shù)據(jù)處理及反演，繪制了8條物探推測及地質(zhì)綜合剖面圖。

根據(jù)物探資料和綜合地質(zhì)資料，綜合推斷構(gòu)造破碎帶1條（Fw1）及巖石破碎1處(D1)，這一推斷成果對擬建隧道的設(shè)計(jì)和施工提供科學(xué)依據(jù)，具有一定意義。

綜上所述，現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集均按照設(shè)計(jì)及有關(guān)規(guī)范要求完成，且野外數(shù)據(jù)采集真實(shí)可靠。同時(shí)，通過數(shù)據(jù)處理及反演，繪制了8條物探推測及地質(zhì)綜合剖面圖。

工區(qū)內(nèi)交叉隧道軸向的幾條剖面，由于周邊水庫影響了測線的長度，從而限制了高密度電法的勘探深度，建議在條件允許的情況下，開展對上述推斷的構(gòu)造破碎帶采用超前鉆進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)合地質(zhì)資料及鉆探資料更準(zhǔn)確的指導(dǎo)下一步的施工措施。