高密度電法在工程地質(zhì)中的應(yīng)用

鐘輝榮，楊承志

（江西省地質(zhì)局二六六大隊(duì)，江西 南昌 330038）

工作區(qū)地處四川盆地中部丘陵區(qū)北緣，涪江中游。主要位于四川省遂寧市船山區(qū)、安居區(qū)、蓬溪縣境內(nèi)，圖幅名稱為西眉幅（H48E010015），坐標(biāo)范圍105°30′00″～105°45′00”，30°20′00″～30°30′00″，北鄰中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院探礦工藝研究所已開展環(huán)境地質(zhì)調(diào)查工作的圖幅遂寧幅（（H48E009015）。為查明工作區(qū)的地層分布情況，采用高密度電法進(jìn)行測(cè)量。

1 高密度電法工作原理

高密度電法是環(huán)境地質(zhì)調(diào)查的有效方法，通過觀測(cè)和研究人工建立的地下穩(wěn)定電流場(chǎng)的分布規(guī)律從而達(dá)到解決地質(zhì)問題的目的。高密度電法和常規(guī)電法一樣，通過A、B電極向地下供電流I，在M、N極間測(cè)量電位差△V，從而可求得該點(diǎn)（M、N的中點(diǎn)）的視電阻率?=K·△V/I，K為裝置系數(shù)，工作原理見圖1。

圖1 高密度電法工作原理

高密度電法兼具剖面法與電測(cè)深法的效果，并具有點(diǎn)距小、數(shù)據(jù)采集密度大的特點(diǎn)，將所測(cè)得的大量數(shù)據(jù)利用現(xiàn)代的反演技術(shù)直接反演成視電阻率剖面圖，此圖可直接用于地下巖層分布的分析和解釋，能直接反映巖層的分布位置、厚度等地質(zhì)信息。

高密度電法智能化程度高，結(jié)合使用瑞典數(shù)據(jù)處理軟件-RES2DINV反演軟件，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速采集和微機(jī)處理，改變了電阻率法勘探的傳統(tǒng)工作模式，大大地提高了工作效率，結(jié)合地質(zhì)、鉆探、環(huán)境地質(zhì)調(diào)查等相關(guān)信息能更客觀地對(duì)巖層的分布情況做出判定，以滿足環(huán)境地質(zhì)調(diào)查的需要。

進(jìn)行生產(chǎn)前，在測(cè)區(qū)進(jìn)行各種實(shí)驗(yàn)工作，以便選擇合適的勘測(cè)裝置和工作所需各種參數(shù)。經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)、對(duì)比，最終確定采用溫納裝置進(jìn)行剖面測(cè)量，其中設(shè)置最大電極間距為16個(gè)電極距單位（160m），最小電極間距為1個(gè)電極距單位（10m）。

高密度電法數(shù)據(jù)跑極方式如下圖2所示。剖面使用60個(gè)電極，電極距為10m，一次敷設(shè)600m測(cè)線，測(cè)量時(shí)跑極方式從最大極距逐漸變化到最小極距，測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)位置由深到淺。從左至右依次測(cè)完所有電極數(shù)據(jù)，每次剖面測(cè)量共采集552個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，形成一個(gè)倒梯形數(shù)據(jù)采樣點(diǎn)。

圖2 高密度電法溫納裝置跑極方式示意圖

2 質(zhì)量評(píng)價(jià)

高密度電法野外數(shù)據(jù)信息采集量大，一次性布極，大大減少了數(shù)據(jù)采集的人為誤差。高密度電法層析成像技術(shù)自動(dòng)化程度高，經(jīng)數(shù)字濾波和人工經(jīng)驗(yàn)修正后，可消除各種人為的測(cè)量誤差，使其所探測(cè)的調(diào)查對(duì)象更加形象直觀，數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)數(shù)據(jù)的處理程序更加合理，更加實(shí)際，大大減少了解譯的多解性。對(duì)本次觀測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)處理軟件的反演滿足了勘查技術(shù)要求，保證了所需要達(dá)到的探測(cè)精度。同時(shí)，全部勘探工作嚴(yán)格按照物探規(guī)范的要求進(jìn)行，并采用RTK進(jìn)行電極點(diǎn)定位，保證了原始數(shù)據(jù)的真實(shí)可靠，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行的資料解譯和分析結(jié)果是可信的。

3 數(shù)據(jù)處理

高密度電法勘探的數(shù)據(jù)處理是利用瑞典高密度處理軟件RES2DINV進(jìn)行處理，處理結(jié)果直接輸出為JPG格式的視電阻率反演剖面圖，最后利用該視電阻率剖面圖，結(jié)合地質(zhì)、鉆探及環(huán)境地質(zhì)調(diào)查等資料進(jìn)行綜合解釋工作，數(shù)據(jù)流程圖見圖3。

圖3 高密度電法數(shù)據(jù)采集、處理流程

4 工區(qū)地質(zhì)概況

區(qū)內(nèi)屬四川盆地中部地區(qū)，出露的地層主要上統(tǒng)遂寧組（J3s），其次為第四系（Q4al、Qal2+3）地層。

侏羅系上統(tǒng)遂寧組（J3s）：分布在工作區(qū)大部分區(qū)域，分布面積276.03Km2、占工作區(qū)面積的62.39%。巖性為鮮紫紅色、棕紅色粉砂質(zhì)泥巖夾薄層泥質(zhì)粉砂巖、或粉砂質(zhì)泥巖互層，局部砂巖呈厚層、巨厚層透鏡體狀發(fā)育，厚度較大，最大可達(dá)3m～5m，巖層產(chǎn)狀近于水平，傾角2°～12°，層理清楚，總體產(chǎn)狀30°～45°∠2°～12°。

第四系更新統(tǒng)（Q3al、Q2al）：覆蓋于侏羅系砂泥巖之上，呈零星狀分布于涪江兩岸，Q3al分布面積4.5Km2、占工作區(qū)面積的1.02%，Q2al分布面積6.16Km2、占工作區(qū)面積的1.39%。主要分布于涪江右岸南強(qiáng)鎮(zhèn)(天星壩村、龍鳳村、龍鳳村)、老池鄉(xiāng)（書院村、金盆村、南陵村、銅鑼村）、仁里鎮(zhèn)（松林村）、金橋鄉(xiāng)（蛇亭咀村、天星壩村）、高坪鎮(zhèn)（金沙村、烏木村）、荷葉鄉(xiāng)（茶園村、細(xì)壩村），巖性為上部棕黃色粘土、其下為含砂泥卵礫石，厚度1m～7m。

第四系全新統(tǒng)（Q4al）：分布于涪江兩岸，組成漫灘及一級(jí)階地，Q43al分布面積6.05Km2、占工作區(qū)面積的1.37%，Q41+2al分布面積41.49Km2、占工作區(qū)面積的9.38%。巖性主要為全新統(tǒng)沖積形成的粉土、粉砂、砂卵礫石層，厚度0m～25m。

第四系全新統(tǒng)（Q4dpl）：分區(qū)于紅層丘間溝谷內(nèi)，分布面積26.3Km2、占工作區(qū)面積的5.94%。丘間谷地坡洪積層粉質(zhì)粘土、粘土、碎石，厚度0m～15m。

5 結(jié)果分析

工區(qū)共布置測(cè)線15條，本文將測(cè)線L2-2、L2-3兩條高密度成果圖進(jìn)行分析。

剖面L2-2：本剖面位于涪江右岸一級(jí)階地中后部，地勢(shì)平坦，測(cè)線長(zhǎng)為580m，測(cè)線方位64°，其視電阻率反演斷面圖如圖4所示。

圖4 物探高密度電法L2-2剖面視電阻率反演斷面圖

通過分析剖面L2-2電阻率斷面圖可知：本條剖面最大探測(cè)深度為71m，該剖面巖層呈層狀結(jié)構(gòu)分布，層次清晰，可以分為三層。第一層：平距0m～580m，海拔271m～268m，電阻率值為22Ω·m～30Ω·m，推測(cè)為第四系全新統(tǒng)沖積層（Q41+2al）,巖性為粉土、粉質(zhì)粘土、粉砂，厚度均勻，大約為3m；第二層：平距0m～580m，海拔268m～254m，電阻率值為50Ω·m～200Ω·m，推測(cè)為第四系的砂卵礫石，厚度均勻，大約為14m；第三層：平距0m～580m，海拔254m～200m，電阻率值為10Ω·m～25Ω·m，推測(cè)為上侏羅統(tǒng)遂寧組（J3s）泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、砂巖，巖層分布均勻。

剖面L2-3：本剖面位于涪江右岸一級(jí)階地中后部，地勢(shì)平坦，測(cè)線長(zhǎng)為300m，測(cè)線方位27°其視電阻率反演斷面圖如圖5所示。

圖5 物探高密度電法L2-3剖面視電阻率反演斷面圖

通過分析剖面L2-3電阻率斷面圖可知：本條剖面最大探測(cè)深度為42m，該剖面巖層呈層狀結(jié)構(gòu)分布，層次清晰，可以分為三層。第一層：平距0m～300m，海拔262m～259.5m，電阻率值為26Ω·m～40Ω·m，推測(cè)為第四系全新統(tǒng)沖積層（Q41+2al）,巖 性為粉土、粉質(zhì)粘土、粉砂，厚度均勻，大約為2.5m；第二層：平距0m～300m，海拔259.5m～240m，電阻率值為50Ω·m～200Ω·m，推測(cè)為第四系的砂卵礫石，厚度一般大約為8m～13m，其中平距90m、220m兩處厚度變化較大，大約為17m～20m；第三層：平距0m～300m，海拔240m～220m，電阻率值為6Ω·m～20Ω·m，推測(cè)為上侏羅統(tǒng)遂寧組（J3s）泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、砂巖，平距70m～200m之間地層起伏較大。

6 結(jié)論

在調(diào)查中應(yīng)充分利用高密度電法物探方法，并將物探方法與鉆探、地面調(diào)查等合理地密切結(jié)合，以迅速、經(jīng)濟(jì)地取得更正確、全面的環(huán)境地質(zhì)、工程地質(zhì)資料。

（1）通過高密度電法測(cè)線并結(jié)合鉆探及野外調(diào)查工作，基本查明了涪江沿岸Ⅰ級(jí)階地第四系全新統(tǒng)沖積層（Q41+2al）松散沉積物的巖性、厚度及空間分布，查明基巖埋藏深度及其基巖面起伏形態(tài)。Ⅰ級(jí)階地表覆第四系厚0m～30m、一般厚8m～24m，其中上部粉土、粉質(zhì)粘土、粉、細(xì)砂一般厚3m～8m，砂卵礫石一般厚5m～16m。區(qū)內(nèi)第四系全新統(tǒng)沖積層含水層厚度5m～15m。

（2）區(qū)內(nèi)第四系全新統(tǒng)沖積層（Q41+2al）的粉土、粉砂、粉質(zhì)粘土砂等的電性特征表現(xiàn)為低阻，砂卵礫石的電性特征表現(xiàn)為相對(duì)高阻，富水性較差的較富水性較好的電阻率高3～10倍。第四系更新統(tǒng)粘土表現(xiàn)為低阻，泥砂卵礫石的電性特征表現(xiàn)為相對(duì)高阻，但較全新統(tǒng)沖積層的砂卵礫石低。侏羅系的粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、砂巖等電性特征表現(xiàn)為低阻，長(zhǎng)石石英砂巖相對(duì)前者較高。