高密度電法針對(duì)垂向發(fā)育裂隙的方法選擇及反演參數(shù)調(diào)整應(yīng)用

陳開銀，熊英舉

（貴州省地礦局 111 地質(zhì)大隊(duì)，貴州 貴陽(yáng) 550008）

1.勘探區(qū)概況

勘探區(qū)位于興義市清水河鎮(zhèn)聯(lián)豐村依布魯組，為溶蝕、侵蝕中低山地形地貌。覆蓋層為黃褐色粉質(zhì)黏土，稍濕，中密，厚0～0.5m，下伏三疊系中統(tǒng)關(guān)嶺組（T2g）薄至中厚層白云巖，局部地段為厚層至塊狀結(jié)構(gòu)，巖層呈水平狀產(chǎn)出，層間結(jié)合較好。

勘探區(qū)地下水資源稀缺，當(dāng)?shù)鼐用耧嬎щy，根據(jù)《貴州省水利建設(shè)“三大會(huì)戰(zhàn)”地下水開發(fā)利用（機(jī)井）工程2015年年度實(shí)施方案》，為興義市清水河鎮(zhèn)聯(lián)豐村依布魯組實(shí)施機(jī)井工程（找水打井），并為其提供清潔、安全的地下水水源?；诖耍P者在該區(qū)域開展高密度電法測(cè)量工作，以尋找地下水富集區(qū)域進(jìn)行鉆探取水，解決當(dāng)?shù)乩习傩诊嬎y的問題。

勘探區(qū)位于斜坡臺(tái)地上，在測(cè)區(qū)東面約兩公里有一深切谷河流發(fā)育，與測(cè)區(qū)相對(duì)高差較大，根據(jù)地形地貌及巖層產(chǎn)狀判斷地下水大體向東排泄，因此擬定測(cè)線沿近南北向布設(shè)，其測(cè)線布置如圖1 所示：

圖1 勘探區(qū)測(cè)線布置圖

2.方法概況

高密度電法起源于20 世紀(jì)70 年代末期的陣列電法探測(cè)思想，英國(guó)學(xué)者Johansson 博士設(shè)計(jì)的電測(cè)深系統(tǒng)實(shí)際上就是高密度電法的最初模式［1］。在高密度電法研究初期階段，電極排列方式主要是溫納、偶極、微分三種類型。20 世紀(jì)80 年代中期，日本成功實(shí)現(xiàn)了電極自動(dòng)“切換裝置”，使高密度電法實(shí)現(xiàn)了全面自動(dòng)化，但是由于整體設(shè)計(jì)不夠完善，沒有充分顯示出高密度電法的優(yōu)越性。直到20 世紀(jì)9 年代，隨著電子計(jì)算機(jī)的普及和發(fā)展，其優(yōu)點(diǎn)才被人們認(rèn)可。經(jīng)過20 多年的發(fā)展，高密度電法勘探能力得到明顯提高，效率大大增加并在各方面均取得了長(zhǎng)足進(jìn)展。我國(guó)地礦部門在20 世紀(jì)80 年代后期才開始對(duì)高密度電法及其應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行研究，到90 年代初期，長(zhǎng)春科技大學(xué)成功研制了由高密度工程電測(cè)儀和程控多路電極轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)自動(dòng)采集系統(tǒng)，使該項(xiàng)技術(shù)在國(guó)內(nèi)達(dá)到了實(shí)用化程度。其后，電極轉(zhuǎn)換開關(guān)也實(shí)現(xiàn)了由機(jī)械式向單片機(jī)控制的改進(jìn)。現(xiàn)在，國(guó)內(nèi)高密度電法儀電極轉(zhuǎn)換開關(guān)已具有機(jī)械式、電子式、分布智能式等多種形式，其中，多道并行分布式高密度電法系統(tǒng)具有中國(guó)自己的特色，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

高密度電阻率法的基本理論與傳統(tǒng)的電阻率法完全相同，所不同的是高密度電法在觀測(cè)中設(shè)置了較高密度的測(cè)點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量時(shí)，只需將全部電極布置在一定間隔的測(cè)點(diǎn)上，由主機(jī)自動(dòng)控制供電電極和接收電極的變化，完成測(cè)量［2］。在設(shè)計(jì)和技術(shù)實(shí)施上，高密度電法測(cè)量系統(tǒng)采用先進(jìn)的自動(dòng)控制理論和大規(guī)模集成電路，使用的電極數(shù)量多，而且電極之間可自由組合，這樣就可以提取更多的地電信息，使電法勘探能像地震勘探一樣使用多次覆蓋式的測(cè)量方式［3］。與常規(guī)電法相比，高密度電法具有以下優(yōu)點(diǎn)：電極布設(shè)一次性完成，減少了因電極設(shè)置引起的干擾和由此帶來的測(cè)量誤差；能有效地進(jìn)行多種電極排列方式的測(cè)量，從而可以獲得較豐富的關(guān)于地電結(jié)構(gòu)狀態(tài)的地質(zhì)信息；數(shù)據(jù)的采集和收錄全部實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化或半自動(dòng)化，不僅采集速度快，而且避免了由于人工操作所出現(xiàn)的誤差和錯(cuò)誤；可以實(shí)現(xiàn)資料的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)處理和脫機(jī)處理，大大提高了電阻率法的智能化程度；可以實(shí)現(xiàn)多參數(shù)測(cè)量，同時(shí)觀測(cè)電阻率、極化率和自然電位，能獲取地下豐富的地電參數(shù)，從不同電性角度對(duì)地下結(jié)構(gòu)進(jìn)行刻畫。由此可見，高密度電阻率法是一種成本低、效率高、信息豐富、解釋方便且勘探能力顯著提高的勘探方法［4-5］。

高密度電阻率法是一種以地質(zhì)目標(biāo)體和圍巖介質(zhì)間的電性差異為基礎(chǔ)進(jìn)行勘探的地球物理方法。近年來，隨著其高效的工作效率及可靠的測(cè)量效果，已廣泛應(yīng)用于地下水資源勘探、巖溶管道及各類工程地質(zhì)勘探中。高密度電阻率法有多種電極排列方式，如溫納裝置、偶極裝置以及微分裝置等。本文以實(shí)例分析對(duì)比溫納裝置和微分裝置分別采用不同的垂向水平濾波比時(shí)在地下水勘探中的應(yīng)用效果。

3.成果分析

在地質(zhì)調(diào)查結(jié)果及現(xiàn)場(chǎng)地形地貌的綜合指導(dǎo)下本次物探測(cè)量共布設(shè)一條測(cè)線，測(cè)線長(zhǎng)度600 m，點(diǎn)距10 m，分別采用溫納裝置及微分裝置進(jìn)行測(cè)量，并通過改變反演參數(shù)垂向水平濾波比的大小得到4 條反演斷面圖，如下圖所示：

由圖2 的垂向水平濾波比為1 的溫納裝置反演斷面圖可知，ρ 值主要分布在50～10000Ω·M 區(qū)段內(nèi)，大致呈層狀分布。縱觀整條反演斷面，沒有明顯的低阻異常體存在，表現(xiàn)為下伏基巖較為完整，不能確定地下水相對(duì)富水區(qū)域；

圖2 垂向水平濾波比為1 的溫納裝置反演斷面圖

由圖3 的垂向水平濾波比為1 的微分裝置反演斷面圖可知，ρ 值主要分布在50～10000Ω·M 區(qū)段內(nèi)，大致呈層狀分布?？v觀整條反演斷面，同樣沒有明顯的低阻異常體存在，表現(xiàn)為下伏基巖較為完整，不能確定地下水相對(duì)富水區(qū)域；

圖3 垂向水平濾波比為1 的微分裝置反演斷面圖

由圖4 的垂向水平濾波比為2 的溫納裝置反演斷面圖可知，ρ 值主要分布在50～10000Ω·M 區(qū)段內(nèi)，大致呈層狀分布。縱觀整條反演斷面，同樣沒有明顯的低阻異常體存在，表現(xiàn)為下伏基巖較為完整，不能確定地下水相對(duì)富水區(qū)域；

圖4 垂向水平濾波比為2 的溫納裝置反演斷面圖

由圖5 的垂向水平濾波比為2 的微分裝置反演斷面圖可知，ρ 值主要分布在50～10000Ω·M 區(qū)段內(nèi)，大致呈層狀分布?？v觀整條反演斷面，在測(cè)線300 m（Y1-1 異常點(diǎn)）附近有一垂向低阻條帶發(fā)育，發(fā)育寬度較小，發(fā)育深度由淺到深向深部發(fā)育，該異常帶與圍巖體視電阻率值差異明顯，推測(cè)為垂向發(fā)育的節(jié)理裂隙，含水性較好，結(jié)合該勘探區(qū)域的地質(zhì)資料及地形地貌綜合分析確定該位置為地下水相對(duì)富水區(qū)域，定為鉆井孔位。

圖5 垂向水平濾波比為2 的微分裝置反演斷面圖

由以上對(duì)圖2～5 析結(jié)果可知，當(dāng)垂向水平濾波比為1 時(shí)，兩種測(cè)量裝置反演斷面形態(tài)基本相近，均表現(xiàn)為下伏基巖較為完整，整條斷面沒有明顯的低阻異常體存在，不能確定鉆井孔位；當(dāng)垂向水平濾波比為2 時(shí)，溫納裝置反演斷面形態(tài)與垂向水平濾波比為1 時(shí)的反演斷面相類似，而微分裝置的反演斷面圖在測(cè)線300 m 附近有一垂向低阻條帶發(fā)育，與圍巖體視電阻率值差異明顯，推測(cè)為垂向發(fā)育的節(jié)理裂隙，含水性較好，該位置定為地下水鉆井孔位。經(jīng)后期鉆探驗(yàn)證，該垂向低阻條帶確實(shí)對(duì)應(yīng)為一垂向節(jié)理裂隙發(fā)育帶，富水性較好，出水量為400 t/d，切實(shí)地解決了老百姓飲水難的問題。

4.結(jié)論與建議

筆者由此次測(cè)量結(jié)果分析認(rèn)為在物探測(cè)量中微分裝置相對(duì)于溫納裝置在對(duì)垂向發(fā)育的節(jié)理裂隙具有更高的分辨率；垂向水平濾波比越大，對(duì)垂向發(fā)育的節(jié)理裂隙勘探分辨率越高。

由以上分析結(jié)果可知對(duì)于不同的目標(biāo)地質(zhì)體其物探方法的選定及反演經(jīng)驗(yàn)的積累是至關(guān)重要的，因此在實(shí)際物探測(cè)量中需要充分了解目標(biāo)地質(zhì)體的發(fā)育性質(zhì)并設(shè)計(jì)相應(yīng)的物探方法進(jìn)行測(cè)量以達(dá)到事半功倍的效果，完滿地完成勘探測(cè)量任務(wù)。