综合电法勘探在湖南某井场调查项目中的应用

刘海彬，王　灿（湖南省煤田地质局物探测量队，湖南　株洲　412003）



综合电法勘探在湖南某井场调查项目中的应用

刘海彬，王灿（湖南省煤田地质局物探测量队，湖南株洲412003）

溶洞等不良地质体的存在是引起的地面沉陷、建筑物沉降以及基础坍塌等地质灾害的主要原因，其发育范围勘探是地质灾害治理的首要任务。本文具体介绍了高密度电阻率法和瞬变电磁法两种电法勘探方法的理论基础，并针对在湖南某井场调查项目中的勘探实例介绍这两种方法在综合应用中成果。

高密度电阻率法；瞬变电磁法；岩溶

溶洞等不良地质体的存在是引起的地面沉陷等地质灾害的主要原因，其发育范围勘探是地质灾害治理的首要任务。

高密度电阻率法（Multi-electrode resistivity method）是一种阵列式电阻率测量方法，该法可以实现电阻率的快速采集和现场数据的实时处理，它集电剖面和电测深于一体，采用高密度布点，进行二维地电断面测量，提供的数据量大、信息多，并且观测精度高、速度快，是灰岩地区寻找溶洞及构造破碎带最有效的物探方法之一［1～2］。

瞬变电磁法（Transient electromagnetic method，TEM）是利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场间歇期间利用线圈或接地电极观测地下介质中引起的二次感应涡流场，从而探测介质电阻率的一种方法［3］。瞬变电磁法具有体积效应小、等值范围窄、测地工作简单、工作效率高等优点［4］。

本文以高密度电阻率法和瞬变电磁法两种方法在湖南某井场调查项目中的综合应用为例进行说明。

1　任务和目的

查明湖南某井场200m×200m范围内300m以浅溶洞等不良地质体分布情况，为井位的选取提供地球物理依据。

2　方法与技术

由于瞬变电磁测深法在地表浅层存在盲区，故采用高密度电阻率法确定表层50m以浅不良地质体的分布情况，采用瞬变电磁测深法确定深度300m以浅不良地质体的分布情况。工程布置示意图如图1所示。

图1　工程布置示意图

2.1高密度电阻率法的方法与技术

高密度电阻率法的方法原理和技术参数设置如下：施工时预先将所探测剖面位置的所有电极布设好，经人工选择观测装置，由仪器的自动控制程序分别接通被选观测装置所需位置的电极，并沿测线供电和测量，分层采集数据，得到高密度电阻率剖面。

本次施工采用温纳装置，其观测系统设置如图2所示。

图2　温纳装置观测系统设置图

温纳装置：装置系数K=2πr，其中r为电极间距，n为隔离系数，AM=MN= NB=nr。

在调查项目中，根据目的层深度，高密度电阻率法共布设11条测线，电极距为8m，线距20m，使用的仪器为重庆奔腾数控研究所生产的WGMD-9型超级高密度电法系统。

2.2瞬变电磁法的方法与技术

瞬变电磁法施工时将线圈与仪器连接好后，线圈中心置于测量点上，通过仪器控制给发射线圈供以脉冲电流，然后关断线圈电源，利用接收线圈接收该脉冲电磁感应场的地下涡流产生的二次电磁场。将仪器接收的数据传入计算机处理后可得到地下三维空间的电阻率分布情况，以此来判断地下溶洞及富水区的分布情况。

本次施工采用同一回线装置，共布设11条测线，线距20m，点距20m，使用的仪器为澳大利亚产TerraTEM瞬变电磁系统。

3　地质概况

高密度电阻率法测区内的电性特征较简单，表层为第四系土层，由耕植土、含碎石粉质黏土组成，本场地内其视电阻率值相对比较低，一般小于600Ω·m；若场地内基岩岩体较完整，本场地内其视电阻率值一般大于1600Ω·m。根据基岩的裂隙发育程度，及其含水性，其视电阻率值高低有一定的差别，本场地内一般在600～1400Ω·m。场地内若存在岩溶，根据其是否有填充物和填充物的含水性，其视电阻率值相对周围岩体表现为低阻异常（含水）或高阻异常（含水少或不含水）。由于本次勘探是在雨季过后进行的，故岩溶一般都会含水，表现为低阻异常。场地内若存在断层破碎带，因其岩石破碎，裂隙发育，含水性较强，表现为低阻异常，且视电阻率值表现为杂乱无序。因此，高密度电阻率法测区内的岩溶、断层破碎带与其周围围岩具有明显的电阻率差异，可运用高密度电阻率法区分。

瞬变电磁法测区内上层是奥陶系桐梓组灰岩，下伏岩层为寒武系岩层，灰岩及白云质灰岩、白云岩等表现为高阻特征，一般大于150Ω·m，其变化范围总体表现为高阻特性；页岩、含碳灰岩（碳质灰岩）、泥质灰岩、砂岩等电阻率一般表现为相对低阻，一般情况下会小于150Ω·m；而受水作用侵蚀的灰岩或溶腔，会因含水（或潮湿）而使其电阻率往往低于其围岩，一般会因含水量的大小或侵蚀规模的大小而有所变动。总体上，在灰岩中溶蚀区表现为比围岩更低的电性特征，给物探提供了辨识异常的依据。由于瞬变电磁方法探测深度的局限性，结合地质资料，推断垂直剖面下部低阻区为奥陶系灰岩。

4　资料处理与成果解释

4.1资料处理

4.1.1高密度电阻率法资料处理

高密度电阻率法的资料处理步骤为：首先将采集的原始数据导入计算机，并将其转换为Surfer所需的文件格式；利用Surfer软件检查数据、去非值、去干扰值；生成等值线剖面图。

4.1.2瞬变电磁法资料处理

瞬变电磁法的资料处理步骤为：①把所测数据导入计算机，并对数据进行核查，绘出曲线。②对于所得的曲线，进行圆滑处理，由于各种干扰的影响，使一些曲线的尾支出现畸变，对此采用个别圆滑的方法进行局部圆滑，对于一般畸变较小，曲线规律较好的情况，一般不予圆滑，尽量保存原有信息，以对解释提供更准确的依据。③根据野外工作方法采用TEM磁源初步反演软件进行视深度电阻率数据文件输出。④经过资料预处理，利用surfer绘制各剖面等值线图。

4.2成果解释

本次物探外业工作结束后，结合现有的地质资料，对物探资料进行解释，并获得本测区的综合探测成果。根据所获得的11条高密度断面和11条瞬变电磁断面表明，测区内在探测深度范围内发现多处物探异常点，并且根据上述理论解释依据对各物探异常点进行了物探-地质解释，根据解释结果可知，场地内存在多个岩溶发育区。

4.2.1高密度电阻率法成果解释

高密度电阻率法共布设11条测线，获得11条断面，本文以G5测线为例对断面图进行分析，如图3所示。

图3　高密度电阻率法G5测线等视电阻率图及物探地质断面图

从图3中可见，G5测线上探测出的岩溶发育区有4个，沿测线方向从左到右分别为：沿测线方向100.7～144.4m位置，高程在1.1～13.1m范围；沿测线方向175.3～264.4m位置，高程在2.5～17.1m范围；沿测线方向285.7～302.8m位置，高程在3.5～14.1m范围；沿测线方向313.2～531.5m位置，高程在1.7～34.3m范围。

4.2.2瞬变电磁法成果解释

瞬变电磁法共布设11条测线，获得11条断面，本文以T5测线为例对断面图进行分析，如图4所示。

图4　瞬变电磁法T5测线等视电阻率图及物探地质断面图

从图4中可见，T5测线上有3个岩溶发育区，沿测线方向从左到右分别为：A岩溶发育区是沿测线方向0～200m范围，高程在630m至地表范围；B岩溶发育区是沿测线方向160～200m范围，高程在645～710m范围；C岩溶发育区是沿测线方向80～120m范围，高程在640～660m范围。

结合该工程项目，为了便于分析，定出适于工程施工的最佳位置，在高程730m至高程510之间按20m间隔做了12个平面切图。以650m高程平切图为例，如图5所示。A、B、C三个岩溶发育区与图4中的A、B、C三个岩溶发育区对应一致。

图5　瞬变电磁高程650m平切等视电阻率图及平面成果图

根据平面切图的电性分布圈定平面方向的物探异常范围。测线T5的T5-1～T5-8在高程650m处明显体现了出来。

根据综合电法剖面图的解释，将各物探剖面图上的异常点沿测线的范围投影到平面图上，获得了平面图上各异常点在测线上的范围和位置，将各异常点在测线上的范围串联到一起，形成了岩溶发育区在平面图中的范围和位置，并将岩溶发育程度相对较低的小范围位置作为建议井场位置，如图1中所示。

5　结束语

（1）本次物探工作结果表明，井场200m×200m范围内地表300m以浅溶洞等不良地质体较为发育。通过资料对比分析，将岩溶发育程度相对较低的小范围位置作为建议井场位置并得到了甲方的认可。后期在该位置钻探实施过程中未发现不良地质现象，从而验证了本次综合电法勘探的正确性。

（2）实践表明综合运用高密度电阻率法和瞬变电磁法对岩溶发育区厚度和范围探测具有很好的互补性，该综合物探模式对于需要探明近地表岩溶发育区和深部岩溶发育区范围具有很好的勘察效果，其成果对同类勘探工作具有很好的借鉴意义。

（3）物探方法作为地质勘探的一种重要而有效的手段，已在工程领域得到了广泛的应用。但物探方法是一种间接勘探手段，由于地质现象的复杂性和边界条件的不确定性，其反演解释成果具有多解性。在实际工作中同时采用多种物探方法进行综合勘探，从不同的角度、用不同的物性参数进行解释，并对解释成果作为相互补充和验证，就可以大大提高物探成果的精度和准确性。

［1］张腊根，刘 基.高密度电法在岩溶路基勘察中的应用［J］.土木基础，2006，20（5）：69～71.

［2］汤谨晖，方大为，姚 金.高密度电阻率法在某路基岩溶区勘查中的应用［J］.科技广场，2008，1：179～181.

［3］王俊茹，张吉恒，许柏青.瞬变电磁法在高速公路采空区勘测中的应用［J］.物探与化探，2007，31（4）：358～360.

［4］湖南页岩气勘查某井场电磁测深探测及地表调查项目报告［R］.湖南省煤田地质局物探测量队，2014.

王 灿（1987-），女，研究生，主要从事电法、地震勘探资料处理工作。

P631.3

A

2095-2066（2016）12-0101-02

2016-4-7

刘海彬（1982-），男，工程师，主要从事工程物探、煤田、页岩气地震勘探工作。