高密度电阻率法在引水洞线勘查中的应用

杨嘉明，杨　雪，杨　帆，郭智阳（1.吉林大学地球探测科学与技术学院，吉林 长春 130000；.中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林 长春 13006）

高密度电阻率法在引水洞线勘查中的应用

杨嘉明1，2，杨雪2，杨帆2，郭智阳2
（1.吉林大学地球探测科学与技术学院，吉林 长春 130000；2.中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林 长春 130062）

覆盖层及全风化层厚度，构造发育规模、产状、延伸情况的查明，对引水洞线的前期设计与后期施工都起着关键的作用。通过实践证明高密度电阻率法在物性条件较好的区域，能够快捷、准确、高效的查明以上两种地质情况。

高密度电阻率法；引水洞线；覆盖层；断层破碎带

1　工作原理

高密度电阻率法实际上是一种阵列式电阻率测量方法，属直流电阻率法。它借鉴地震勘探技术与计算机数字技术的典型应用，集电剖面和电测深于一体，采用高密度布点，进行二维地电断面的测量，既能揭示地下某一深度水平岩性的变化，又能提供岩性纵向的变化情况。从主要调查对象和数据处理和成图考察，它更具有电剖面的属性。

高密度电阻率法的排列方式有α，β和γ等多种，但基本的排列是对称四极（Schlumberger）、偶极-偶极（dipole-dipole）、单极-偶极（pole-dipole）、单极-单极（pole-pole），其他的排列形式是从这些基本形式演变出来的，文中主要以常用的温纳（α，β）装置为主要研究对象。

2　野外工作及数据处理

高密度电阻率法采用温纳α和温纳β两种装置进行数据采集，其中温纳α主要解决覆盖层问题，温纳β主要解决构造问题。电极距5 m，20～30层，最大勘探深度可达75 m左右。数据采集完成后，将其导入计算机，首先对实测数据进行剔除虚假点、相邻数据的拼接，之后使用瑞典软件RES2DINV对数据进行2次修正，降低边界效应，然后对修正后的数据进行最小二乘法反演处理，得到厚度与视电阻率等值线剖面图。根据等值线剖面图在横向和纵向的电性差异，划分不同的电性层，结合地质资料，将电性层转化为地质层位，进而达到覆盖层的划分与构造的判定。

3　实例分析

3.1工程概况

某跨流域调水工程项目，位于内蒙古自治区东北部，地理位置处于大兴安岭东南麓的中低山及丘陵区向松辽平原过渡区。势西北高东南低，山脉总体呈北东向展布，河流均由北西流向南东。地貌形态按成因可分为剥蚀地形和侵蚀堆积地形。地层岩性主要为古生界（Pz）的石炭系～二迭系、中生界（Mz）侏罗系、新中生界（Kz）的第四系地层和燕山期侵入岩。

在引水洞线布置了21条高密度电阻率法剖面，以下选取测线较长的WT17、WT18为例，进行解释说明。

3.2物探工作及成果

经过多条剖面和已知钻孔资料的比对调整，确定该区地层的物性特征：覆盖层视电阻率为20～240 Ω·m；沉积岩视电阻率为300～3 000 Ω·m；构造带及破碎区域视电阻率为40～200 Ω·m。以此为判定依据得出以下结论：

由高密度电法二维反演电阻率剖面图（图略）可见：表层0.8～26.7 m内，视电阻率在20～240 Ω·m之间，推测为覆盖层及凝灰岩全风化层的反应，下部区域为新鲜基岩，视电阻率在900 Ω·m以上。在桩号135 m及1310 m处附近探测出两条低阻带F6，F14，视电阻率在40～200 Ω·m之间，视电阻率值较低且成陡立状规律分布，推测这两条低阻带为断层破碎带的反映。在桩号700～940 m及1 030 ～1 230 m探测出两处低阻区域，视电阻率在40～200 Ω·m之间，视电阻率值较低且分布不均匀，等值线相对平稳，推测为节理密集破碎区域的反映。

由高密度电法二维反演电阻率剖面图（图略）可见：表层0.5～19.5 m内，视电阻率在20～240 Ω·m之间，推测为覆盖层及凝灰岩全风化层的反应，下部区域为新鲜基岩，视电阻率在900 Ω·m以上。在桩号460 m及1180 m处探测出两条低阻带F15，F16，视电阻率在40～200 Ω·m之间，视电阻率值较低且成陡立状规律分布，推测这两条低阻带为断层破碎带的反映。在桩号350～560 m及800～1 500 m探测出两处低阻区域，视电阻率在40～200 Ω·m之间，视电阻率值较低且分布不均匀，等值线相对平稳，推测为断层破碎带及其影响带。

3.3钻探验证

钻探分别在WT17剖面中桩号740 m（ZK86）、900 m（ZK40）处以及WT18剖面中桩号463 m （ZK41）、1 080 m（ZK42）、1 480 m（ZK87）处布孔打钻验证。下面摘取5个钻孔的部分柱状描述。

1）ZK86钻孔柱状描述为。覆盖层厚度23.00 m。孔深35.05～35.50 m和45.10～45.90 m，岩石破碎，多呈3～6 cm的碎块状。孔深47.80～48.80 m和53.40～55.25 m，陡倾角节理发育，节理面普遍张开，充填泥和方解石等，岩芯呈半合柱状。发育3组节理。

2）ZK40钻孔柱状描述为。覆盖层厚度24.00 m。孔深34.4～34.9 m、37.6～43.0 m岩芯破碎，多呈碎块状，少数短柱状和柱状。发育3组节理。

3）ZK41钻孔柱状描述为。覆盖层厚度16.50 m。孔深51.30～59.00 m岩芯破碎，多呈碎块状，少数短柱状。孔深59.6～60 m岩芯破碎，多呈3～5 cm的碎块状。发育5组断层，分布在孔深22.00～23.30 m、29.80～29.90 m、30.70～31.40 m、36.50～38.30 m、44.70～45.40m，主要由碎裂岩、岩屑和断层泥组成。

4）ZK42钻孔柱状描述为。覆盖层厚度6.50 m。孔深6.50～28.10 m、32.60～39.60 m、45.00～59.60 m节理发育，岩芯破碎，多呈碎块状、短柱状，孔深70.00～75.10 m岩芯较破碎，多呈7～15 cm的短柱状、柱状。发育15组断层，分布在孔深12.30～12.60 m、13.60～13.80 m、17.40～17.70 m、18.70～18.80 m、25.70～26.40 m、31.80～35.00 m、36.00～39.00 m、45.60～ 45.80 m、46.20～46.70 m、47.70～47.80、51.60～51.70 m、56.80～59.60 m、68.90～69.00 m、73.70～73.80 m、74.10～74.20 m，主要由断层泥、靡棱岩、碎块岩组成。

5）ZK87钻孔柱状描述为。覆盖层厚度10.50 m。孔深44.45～45.00 m、50.80～51.00 m、52.20～52.30 m、53.85～54.00 m和55.60～56.00 m，节理发育，岩芯破碎，多呈3～7 cm的碎块状。孔深28.50～36.60 m发现一条断层，倾角70°～75°，由灰绿、灰白色断层泥、糜棱岩、碎裂岩和碎块岩组成，挤压现象明显。孔深10.50～28.50 m节理密集带，受断层影响，岩芯破碎。

3.4结论

经钻孔验证得：

1）5个钻孔处覆盖层厚度与实际偏差小于5%，远远小于20%，符合水利水电工程规范要求。

2）断层破碎带的规模、产状与钻孔揭露结果相吻合。

3）节理密集破碎区域和断层破碎带影响带的范围与钻孔揭露结果相吻合。

4　结语

1）实践证明，在工区地形平坦、开阔的场地，测区内基岩和覆盖层电性差异较大的情况下，高密度电阻率法在查明测区覆盖层厚度及推断断层破碎带发育情况上效果明显且准确。

2）实际勘查中，应布置前期钻孔，并结合高密度电法来确定不同电性层所代表的地质层，以便准确地推断覆盖层厚度及断层破碎带发育情况，最后再布设钻孔验证。运用得当，可以节省钻探的工作量和勘察费用。

3）由于高密度电法仍然是一种间接探测手段，方法仍具有空间及物性条件的局限性，条件允许的情况下，应采用综合物探方法进行探测。

［1］刘国兴.电法勘探原理与方法［M］.北京：地质出版社，2003.

［2］汤洪志，刘庆成，龚育龄.高密度电阻率法二维成像技术及其在工程勘察中的应用［J］.工程，2003.

［3］刘万恩.高密度电法探测基岩起伏和隐伏断裂中的应用［J］.上海地质，2007.

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2016-03-17