高密度电法在澜沧江水下隧道勘察中的应用

刘小光　吕宝辉

摘 要：高密度电法具有点距密、数据采集密度大、施工效率高和分辨率高的特点，是在工程地质勘察、管线探测、物探找水、岩溶和地质灾害调查等工程物探中的常用方法。介绍了高密度电法的基本原理，并通过测区高密度电法的工作结果和钻孔验证的实例证明了高密度电法的应用效果。该次现场应用的成功对今后类似的工程有一定指导作用。

关键词：高密度电法；管道工程；水底隧道；勘察

中图分类号：P631.3 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）14-0149-02

高密度电法是一种常用的工程物探勘探方法，原理上属于电阻率法的范畴，是电测深与电剖面方法的组合。其观测点密度高，获得的信息量丰富，是一种可较详细探测水平和垂直方向上电性变化的电法勘探方法，被广泛应用于探测浅部不均匀地质体的空间分布，例如管道工程、公路、铁路工程、水利水电工程、矿产、环境和工程地质等诸多领域。

拟建澜沧江水下隧道穿越断面地处云南省保山市与永平县交界处的保山市隆阳区水寨乡，穿越断面位于澜沧江中游，穿越处澜沧江流向约为S 30°E，河谷狭窄深切，两岸为中低山峡谷地貌，地势较陡，平均坡度为45°，部分地段达60°～80°，相对高差达600 m以上。

1 拟建区域地质概况

1.1 地形地貌

澜沧江穿越处地貌单元属侵蚀中山峡谷。山脉主要呈北西—南东走向，区内地形切割比较剧烈，最大相对高差达到1 170 m，一般为300～600 m，区内山峰海拔一般为1 800～2 300 m，最高处为澜沧江右岸的大顶山，海拔高度为2 378.5 m，最低处澜沧江河谷，海拔高度为1 165.3 m。因为小湾电站水库蓄水，勘察期间水位约为海拔1 205 m，水面宽220～250 m，最大水深45～47 m。

1.2 地层岩性

根据工程地质测绘和钻探揭露，场区表层主要为第四系全新统坡、崩积混冲积层、冲洪积层，主要由耕土、含黏性土块石、含碎石粉质黏土等组成，下伏基岩为泥盆系深灰、黑灰色泥质板岩、凝灰砂质板岩。

1.3 地质构造

澜沧江断裂带是沿澜沧江河谷延伸的众多断裂构造，北起昌都，向南顺澜沧江河谷延伸，至景洪后向南西方向偏离澜沧江河谷，经大勐龙，在勐宋附近出境，国内部分的总体走向为西北—东南，长度约1 200 km。断裂带形成于元古代末，经多次活动形成多条断裂和宽几百米至几千米的挤压破碎带和透镜体。它控制古生界、中生界地层和不同时代岩浆岩的界线，对变质作用有明显的控制作用。

根据地球的物理资料显示，该断裂带是一条重力异常的梯度带和磁异常带。地震测深资料显示，断裂切割莫霍面的断距达2 km，为一条超岩石圈断裂。该断裂带的新活动主要表现为较弱的右旋水平错动性质，沿断裂带未见大型新生代盆地发育，断裂两侧的澜沧江河流阶地未显示出明显的高差，跨断裂测线的水准测量资料变化很小，说明该断裂垂直差异活动不明显。第四纪以来，澜沧江断裂带活动强度逐渐减弱，历史上沿断裂无强震发生。拟建场区位于澜沧江断裂带上，会受其构造发育的影响。

2 高密度电法原理和水域勘探方法

2.1 高密度电法的勘探原理

电阻率法是一种传统的物理方法，是基于静电场理论，以探测目标体的电性差异为前提进行的。当探测对象和周围介质存在差异时，利用该方法便可能确定探测对象的分布空间。高密度电法本质属于直流电阻率法范畴，是以介质电性差异为基础，研究在人为施加电场的作用下，地下传导电流的变化和分布规律。高密度电法与普通电阻率法相比，设置了较高的测点密度，点距可以缩短到1 m，所以所获取信息量远远超过普通电阻率法，并具有测深剖面的功能，高密度电法所提供的是二维信息，而且一定数量的二维剖面可以组成拟三维图像，是电剖面和电测深法的结合。

高密度电法的数据采集系统由主机、电极转换器、电缆等部件组成。主机通过电极转换器控制各电极的高压供电与测量状态，并通过电极转换器发出工作指令、向电极供电、加压并接收、存贮测量数据。在野外工作时，将多个电极按一定的间隔布置，观测过程中电极按一定规律组合，可在一次布置电极中实现不同的观测装置。

高密度电法的解释成图由计算机完成，通过计算机将数据经相应畸变点剔除、地形校正、数据平滑等预处理后，最后经过二维反演，处理、绘制成断面视电阻率等值图。

2.2 水域高密度电法勘探工作的布置

目前，水域高密度电法主要采用两种测量方法进行，一种为电极与河床直接接触，这种电极主要采用铅制成，其优点是测量结果较准确，勘探深度较大，缺点是施工条件复杂，滚动排列之间有一定误差；另一种是浮起电极，电极主要由石墨制成，可以拖动电极，也可固定电极进行勘探，其优点是施工条件较简单，缺点是勘探深度较浅，测量结果受水面环境等因素影响较多。

本次水域高密度电法勘探仪器主机采用意大利PASI地震电法系统采集完成，水底电缆采用2条日本OYO公司生产的原装水中电缆。水底高密度电法采用2 m的电极距，64个电极排列，采用单极—单极的采集方式。水中电缆每条长120 m，32个电极，其中无电极段长约60 m。采集时使用两根电缆滚动勘探，每次滚动完成一个排列的采集工作。对250 m江底共进行了4次滚动勘探，剖面平距宽度约220 m，由于受两岸水底地形陡峭、水草茂密等因素影响，两岸边各有10 m左右没有布置电极。

此次在澜沧江水底隧道拟选断面共布置2条水域高密度电法剖面，2条剖面分别位于钻探剖面南北两侧各超过30 m处。采用水底高密度电法电缆，探测河床约90 m深度内的电阻率分布，以了解澜沧江底构造和地层分布。

3 成果解释和钻探验证

3.1 成果解释

勘探区内不同地层和构造与岩溶发育区域的电阻率分布有一定关联性。电阻率图像中的不同颜色代表不同的电阻率数值。蓝色代表低电阻区，红色代表高电阻率区，粉红色电阻率最高，黄色和绿色为中等电阻率区。区内地表第四系松散沉积层电阻率最低，板岩地层电阻率中等，在图中呈黄绿色；变质凝灰质砂岩电阻率高于板岩。电阻率的这一分布特征是物探结果地质解释的依据。探测结果表明，本区内地层电阻率的分布范围从几十欧姆米到近万欧姆米，松散沉积层电阻率小于100欧姆米。板岩电阻率大于几百欧姆米，变质凝灰质砂岩电阻率为几千欧姆米。

W1剖面位于钻探剖面南35 m处，勘探长度250 m，平距220 m，电阻率从十几到几万欧姆米，第四系黏土厚度变化较大，从河床边部的十几米，到距江右岸80～120 m处的长度超过30 m。从W1电阻率剖面分析河床基岩面起伏，电阻率分布呈层状特征，由浅至深不断增大，反映其形态为次级向斜，在剖面上没有发现断层构造特征。距河床超过30 m深存在一层状低阻带，经钻孔勘探表明是泥质板岩段。其岩体破碎，岩芯多呈碎石、角砾状。这一低阻段在水面钻探剖面4个钻孔中都有发育，说明地层在澜沧江水面部分是连续的。具体如图1所示。

W2剖面位于钻探剖面以北35 m处，勘探长度250 m，平距220 m，电阻率从十几到几万欧姆米不等。该剖面第四系黏土层平均厚度比南部的W1剖面大，达到约20 m，与W1剖面相比第四系黏土层厚度变化较小。与W1剖面相比，电阻率显示为低阻—高阻—低阻—高阻的变化。W1剖面缺少其中所夹的高阻层，所夹高阻层在整个W2剖面都有发育，厚度稳定在10～20 m。可能是由于向斜沿走和向倾伏产状变化，W1和W2电阻率剖面显示出的构造形态以背斜构造为主体，在左岸和右岸边地层产状向两侧倾斜，在剖面中部地层相向倾斜为次级向斜构造，也可能是在背斜核部，由于节理发育而引起岩石电阻率降低，而呈假向斜。W2剖面也没有发现断层。两条水域高密度电法剖面结果表明，拟建澜沧江水下隧道断面地质构造条件相对简单，在河床以下70～80 m深的（高程1 120 m）岩性电阻率高，岩石完整，比较适合开挖隧道。具体如图2所示。

4 结束语

通过以上工作区所进行的高密度电法测量与实际钻孔的对应情况，认为高密度电法勘探成果基本反映了工作区内的实际地层分布情况，电性层与地质层有一定的对应规律。高密度电法探测所得到的视电阻率断面图较为直观、形象地反映出测区岩（土）体的电性分布形态和结构特征——不仅能反映出垂直深度变化，还能反映出水平范围变化。所以，高密度电法勘探既具有测深功能，又具有剖面勘探功能。

高密度电法的定性与定量解释，应该结合地质资料特别是钻探资料进行综合对比分析，并从中寻找规律性的特征，从而不断提高其资料解释的精度。此外，物探测试是通过在地表建立物理场间接地反映地下地质体的分布状况，其测试结果具有多解性。因此，对于高密度电法的资料解释结果，应布置一定的工程量加以验证。进行高密度电法测量，如果遇到起伏较大的地形时，必须进行相应的地形改正，才能得到与实际地质情况较为吻合的测试结果。

通过本次水域高密度电法勘探结果表明，拟建澜沧江水底隧道断面河床以下直至90 m深，电阻率从低阻到高阻变化，2条剖面结果在第四系覆盖层下略有差异。由于沿走向倾伏，因此到深部基本都可以对比。地层连续，没有探测到断层，地层产状表现为背斜构造背景下发育次级向斜构造，与钻探揭露的结果一致，表明水域高密度电法勘探解释成果真实可靠，否定了原先认定的澜沧江即为大断裂的设想，为设计提供了真实的地质资料。

但是，由于目前国内各行业物探标准中，尚无对水域高密度电法相应的条文，尚处于摸索阶段，是否适用于其他水域，需要进一步探索、验证，积累经验。

参考文献

[1]王兴泰.高密度电阻率法及其应用技术研究[J].长春地质学院学报，1991（3）.

[2]张胜业，潘玉玲.应用地球物理学原理[M].武汉：中国地质大学出版社，2004.

[3]刘天佑.应用地球物理数据采集与处理[M].武汉：中国地质大学出版社，2004.

[4]赵光辉.高密度电法勘探技术及其应用[J].矿产与地质，2006，20（2）.

[5]秦正.高密度电阻率法在工程勘察中的应用[J].物探装备，2005，15（3）.

[6]林捷.物探技术在我省水利工程中的应用[J].水利科技，2002（1）.

〔编辑：张思楠〕

Abstract： High-density electrical method has the pitch dense， data collection density， high efficiency and high resolution construction characteristics， is in engineering geological exploration， pipeline detection， geophysical looking for water， karst geological survey and geophysical disasters and other projects of common methods. The basic principle of high density electrical method and the results of the survey area through the work of high-density electrical method and examples demonstrate the application of drilling to verify the effect of high-density electrical method. The successes of the on-site application of similar projects in the future have a guiding role.

Key words： high density electrical method； pipeline project； underwater tunnel； survey

W1剖面位于钻探剖面南35 m处，勘探长度250 m，平距220 m，电阻率从十几到几万欧姆米，第四系黏土厚度变化较大，从河床边部的十几米，到距江右岸80～120 m处的长度超过30 m。从W1电阻率剖面分析河床基岩面起伏，电阻率分布呈层状特征，由浅至深不断增大，反映其形态为次级向斜，在剖面上没有发现断层构造特征。距河床超过30 m深存在一层状低阻带，经钻孔勘探表明是泥质板岩段。其岩体破碎，岩芯多呈碎石、角砾状。这一低阻段在水面钻探剖面4个钻孔中都有发育，说明地层在澜沧江水面部分是连续的。具体如图1所示。

W2剖面位于钻探剖面以北35 m处，勘探长度250 m，平距220 m，电阻率从十几到几万欧姆米不等。该剖面第四系黏土层平均厚度比南部的W1剖面大，达到约20 m，与W1剖面相比第四系黏土层厚度变化较小。与W1剖面相比，电阻率显示为低阻—高阻—低阻—高阻的变化。W1剖面缺少其中所夹的高阻层，所夹高阻层在整个W2剖面都有发育，厚度稳定在10～20 m。可能是由于向斜沿走和向倾伏产状变化，W1和W2电阻率剖面显示出的构造形态以背斜构造为主体，在左岸和右岸边地层产状向两侧倾斜，在剖面中部地层相向倾斜为次级向斜构造，也可能是在背斜核部，由于节理发育而引起岩石电阻率降低，而呈假向斜。W2剖面也没有发现断层。两条水域高密度电法剖面结果表明，拟建澜沧江水下隧道断面地质构造条件相对简单，在河床以下70～80 m深的（高程1 120 m）岩性电阻率高，岩石完整，比较适合开挖隧道。具体如图2所示。

4 结束语

通过以上工作区所进行的高密度电法测量与实际钻孔的对应情况，认为高密度电法勘探成果基本反映了工作区内的实际地层分布情况，电性层与地质层有一定的对应规律。高密度电法探测所得到的视电阻率断面图较为直观、形象地反映出测区岩（土）体的电性分布形态和结构特征——不仅能反映出垂直深度变化，还能反映出水平范围变化。所以，高密度电法勘探既具有测深功能，又具有剖面勘探功能。

高密度电法的定性与定量解释，应该结合地质资料特别是钻探资料进行综合对比分析，并从中寻找规律性的特征，从而不断提高其资料解释的精度。此外，物探测试是通过在地表建立物理场间接地反映地下地质体的分布状况，其测试结果具有多解性。因此，对于高密度电法的资料解释结果，应布置一定的工程量加以验证。进行高密度电法测量，如果遇到起伏较大的地形时，必须进行相应的地形改正，才能得到与实际地质情况较为吻合的测试结果。

通过本次水域高密度电法勘探结果表明，拟建澜沧江水底隧道断面河床以下直至90 m深，电阻率从低阻到高阻变化，2条剖面结果在第四系覆盖层下略有差异。由于沿走向倾伏，因此到深部基本都可以对比。地层连续，没有探测到断层，地层产状表现为背斜构造背景下发育次级向斜构造，与钻探揭露的结果一致，表明水域高密度电法勘探解释成果真实可靠，否定了原先认定的澜沧江即为大断裂的设想，为设计提供了真实的地质资料。

但是，由于目前国内各行业物探标准中，尚无对水域高密度电法相应的条文，尚处于摸索阶段，是否适用于其他水域，需要进一步探索、验证，积累经验。

参考文献

[1]王兴泰.高密度电阻率法及其应用技术研究[J].长春地质学院学报，1991（3）.

[2]张胜业，潘玉玲.应用地球物理学原理[M].武汉：中国地质大学出版社，2004.

[3]刘天佑.应用地球物理数据采集与处理[M].武汉：中国地质大学出版社，2004.

[4]赵光辉.高密度电法勘探技术及其应用[J].矿产与地质，2006，20（2）.

[5]秦正.高密度电阻率法在工程勘察中的应用[J].物探装备，2005，15（3）.

[6]林捷.物探技术在我省水利工程中的应用[J].水利科技，2002（1）.

〔编辑：张思楠〕

Abstract： High-density electrical method has the pitch dense， data collection density， high efficiency and high resolution construction characteristics， is in engineering geological exploration， pipeline detection， geophysical looking for water， karst geological survey and geophysical disasters and other projects of common methods. The basic principle of high density electrical method and the results of the survey area through the work of high-density electrical method and examples demonstrate the application of drilling to verify the effect of high-density electrical method. The successes of the on-site application of similar projects in the future have a guiding role.

Key words： high density electrical method； pipeline project； underwater tunnel； survey

W1剖面位于钻探剖面南35 m处，勘探长度250 m，平距220 m，电阻率从十几到几万欧姆米，第四系黏土厚度变化较大，从河床边部的十几米，到距江右岸80～120 m处的长度超过30 m。从W1电阻率剖面分析河床基岩面起伏，电阻率分布呈层状特征，由浅至深不断增大，反映其形态为次级向斜，在剖面上没有发现断层构造特征。距河床超过30 m深存在一层状低阻带，经钻孔勘探表明是泥质板岩段。其岩体破碎，岩芯多呈碎石、角砾状。这一低阻段在水面钻探剖面4个钻孔中都有发育，说明地层在澜沧江水面部分是连续的。具体如图1所示。

W2剖面位于钻探剖面以北35 m处，勘探长度250 m，平距220 m，电阻率从十几到几万欧姆米不等。该剖面第四系黏土层平均厚度比南部的W1剖面大，达到约20 m，与W1剖面相比第四系黏土层厚度变化较小。与W1剖面相比，电阻率显示为低阻—高阻—低阻—高阻的变化。W1剖面缺少其中所夹的高阻层，所夹高阻层在整个W2剖面都有发育，厚度稳定在10～20 m。可能是由于向斜沿走和向倾伏产状变化，W1和W2电阻率剖面显示出的构造形态以背斜构造为主体，在左岸和右岸边地层产状向两侧倾斜，在剖面中部地层相向倾斜为次级向斜构造，也可能是在背斜核部，由于节理发育而引起岩石电阻率降低，而呈假向斜。W2剖面也没有发现断层。两条水域高密度电法剖面结果表明，拟建澜沧江水下隧道断面地质构造条件相对简单，在河床以下70～80 m深的（高程1 120 m）岩性电阻率高，岩石完整，比较适合开挖隧道。具体如图2所示。

4 结束语

通过以上工作区所进行的高密度电法测量与实际钻孔的对应情况，认为高密度电法勘探成果基本反映了工作区内的实际地层分布情况，电性层与地质层有一定的对应规律。高密度电法探测所得到的视电阻率断面图较为直观、形象地反映出测区岩（土）体的电性分布形态和结构特征——不仅能反映出垂直深度变化，还能反映出水平范围变化。所以，高密度电法勘探既具有测深功能，又具有剖面勘探功能。

高密度电法的定性与定量解释，应该结合地质资料特别是钻探资料进行综合对比分析，并从中寻找规律性的特征，从而不断提高其资料解释的精度。此外，物探测试是通过在地表建立物理场间接地反映地下地质体的分布状况，其测试结果具有多解性。因此，对于高密度电法的资料解释结果，应布置一定的工程量加以验证。进行高密度电法测量，如果遇到起伏较大的地形时，必须进行相应的地形改正，才能得到与实际地质情况较为吻合的测试结果。

通过本次水域高密度电法勘探结果表明，拟建澜沧江水底隧道断面河床以下直至90 m深，电阻率从低阻到高阻变化，2条剖面结果在第四系覆盖层下略有差异。由于沿走向倾伏，因此到深部基本都可以对比。地层连续，没有探测到断层，地层产状表现为背斜构造背景下发育次级向斜构造，与钻探揭露的结果一致，表明水域高密度电法勘探解释成果真实可靠，否定了原先认定的澜沧江即为大断裂的设想，为设计提供了真实的地质资料。

但是，由于目前国内各行业物探标准中，尚无对水域高密度电法相应的条文，尚处于摸索阶段，是否适用于其他水域，需要进一步探索、验证，积累经验。

参考文献

[1]王兴泰.高密度电阻率法及其应用技术研究[J].长春地质学院学报，1991（3）.

[2]张胜业，潘玉玲.应用地球物理学原理[M].武汉：中国地质大学出版社，2004.

[3]刘天佑.应用地球物理数据采集与处理[M].武汉：中国地质大学出版社，2004.

[4]赵光辉.高密度电法勘探技术及其应用[J].矿产与地质，2006，20（2）.

[5]秦正.高密度电阻率法在工程勘察中的应用[J].物探装备，2005，15（3）.

[6]林捷.物探技术在我省水利工程中的应用[J].水利科技，2002（1）.

〔编辑：张思楠〕

Abstract： High-density electrical method has the pitch dense， data collection density， high efficiency and high resolution construction characteristics， is in engineering geological exploration， pipeline detection， geophysical looking for water， karst geological survey and geophysical disasters and other projects of common methods. The basic principle of high density electrical method and the results of the survey area through the work of high-density electrical method and examples demonstrate the application of drilling to verify the effect of high-density electrical method. The successes of the on-site application of similar projects in the future have a guiding role.

Key words： high density electrical method； pipeline project； underwater tunnel； survey