综合物探技术在引水工程勘探中的应用

陈品雄

（贵州煤田地质局一七四队，贵州贵阳550002）

1 方法原理

高密度电阻率成像（高密度电法）是视电阻率法探测技术在工程勘探中的一项成功应用。高密度电阻率法是一种阵列勘探方法，也称自动电阻率系统，是直流电法的发展，其功能相当于电测深与电剖面法的结合。通过对地表不同部位人工电场的扫描测量，得到视电阻率断面图像，由此来了解地下介质视电阻率ρs的分布，根据岩土介质视电阻率的分布推断解释地下地质结构。

温纳装置AMNB（α排列）：α排列适用于固定断面扫描测量，电极排列如图1所示。

图1 温纳装置

测量时，AM＝MN＝NB为一个极距，A、B、M、N逐点同时向左移动，得到一条剖面线；接着AM、MN、NB增大一个电极距，A、B、M、N逐点同时向左移动，得到另一条剖面线；这样扫描下去，即得到倒梯形断面图。

大地电磁测深法原理：根据电磁学理论，地层中的视电阻率可由下式求取：

而探测趋肤深度可由下式给出：

式中：ρ——地层的视电阻率；

f——可控电磁频率；

Ex——电场分量；

Hy——磁场分量；

δ——探测趋肤深度。

EH4连续电导率成像系统原理是基于大地电磁测深原理，通过人工建立可控电磁场系统，改变电磁频率，在一定距离的远场区观测Ex、Hy或Ey、Hx的变化，绘制测区内视电阻率等值线图，根据测区内视电阻率的变化情况，以达到探测地下目的体的一种探测方法，其探测深度可达千米以上。野外工作方法见EH4工作连接示意图2。

图2 EH4工作连接示意

2 野外方法和技术

测线的布置：测线的布置应结合地形与路线实际情况进行布设，测线及点位位置根据提供的平面图及地质要求来确定测线线距和点距，高密度采用8～10m点距，大地电磁测深采用20m点距。

电缆的敷设：电缆应该按照事先布设好的测线敷设，电缆线在敷设过程中要直且平，不能弯曲过大，同时主要保护电缆线的线头，防止进水受潮。大地电磁测深野外布置按工作连接示意图布置。

电极的布设：野外在布设电极时应注意将电极打入土里面，尽量避开岩层，必要时要浇注盐水，同时检查接地电极电阻不能超过5k·Ω，对于接地电阻较高的地极可以采取浇注盐水、电极并联等办法解决。

主机及电瓶连接：主机及电瓶应注意放在平坦干燥的地方，连接电瓶的时候注意正负极不能接错，工作时采用2个12V 65A/h电瓶先并联，再与仪器连接，同时接好应该用外用表测量总的电压是否正确。主机的电压不能低于10V，电瓶电压不能低于11V，观测中随时注意数据的变化。

野外测量完成后，可以直接在仪器中查看断面图，注意每条剖面要连续平滑，不应有过大的跳点，同时如果发现大量负数，要立刻检查原因，必要时重测。

观测电压值一般不能小于5mV，电压值过小引起电阻率在同一条剖面上与相邻点的电阻率差异较大应将这类点剔除。利用基本观测数据和检查点数据的均方相对误差检验测量成果，均方相对误差一般要控制在5%之内。

3 应用实例

测线布置：本工区共布置2条高密度电法测线（G1-G1′、G2-G2′、），2条大地电磁测深法测线（EH1-E1′、EH2-EH2′）。测线自起点向终点方向为S4°W。EH1-EH1′测线与 GJ1-GJ1′测线中部重合，EH2-EH2′测线与G2-G2′测线中部重合。

G1-G1′测线、EH1-EH1′测线沿洞轴线布置；G2-G2′、EH2-EH2′测线平行布置于洞轴线近西方向，两线垂距60m。

物性特征：高密度电阻率法试验范围内岩体视电阻率在50～7000Ω·m之间，其中，垂直岩溶带视电阻率在20～60Ω·m之间，溶蚀破碎岩体视电阻率在200～500Ω·m之间，断层破碎带视电阻率在500～2000Ω·m之间。

大地电磁测深法(EH4)试验范围内岩体视电阻率在10～6000Ω·m之间，其中，垂直岩溶带视电阻率在10～40Ω·m之间，溶蚀破碎岩体视电阻率在200～600Ω·m之间，断层破碎带视电阻率在300～2000Ω·m之间。表1为工作区试验和钻孔所涉及地层岩性电阻率值统计表。

表1 工作区所涉及的地层岩性电阻率统计表

G1-G1′、EH1-EH1′测线探测共圈定15个视电阻率异常区域。其中，2处近地表条带状低阻异常，推断为断层破碎带；11个为团块状、条带状低阻异常，推断为溶蚀破碎带（具体见滇中引水工程大地电磁测深与高密度电阻率法综合剖面图3）。

G2-G2′、EH2-EH2′测线探测共圈定11个视电阻率异常区域。其中，2处近地表条带状低阻异常，推断为断层破碎带；9个为团块状、条带状低阻异常，推断为溶蚀破碎带。

综合解释成果：测区地表多见溶沟溶槽，近地表多有垂直岩溶带发育，主要集中于C2w及P1q+m地层近地表区域，影响深度约40m。

C2w及P1q+m地层中均发现有不同程度和规模的溶蚀破碎体；洞轴线YH24+850～YH25+170段及YH25+550～YH25+930段溶蚀破碎体发育较强烈，YH24+970～YH25+030及YH26+370～YH26+410段为断层破碎带，洞轴线附近其余区域未发现较大规模物探异常。

4 结论

图3 滇中引水工程大地电磁测深与高密度电阻率法综合剖面

利用大地电磁测深法和高密度电阻率法对引水隧道轴线进行岩溶探测，高密度探测隧道轴线200m以浅岩溶发育情况，大地电磁测深探测大于200m的岩溶发育情况，进行综合解释，预测了引水隧道轴线的水文地质情况，在推断的异常区域范围，用钻孔进行验证，与推断结果相符合。综合物探测量成果技术对引水隧道的掘进工作提供了指导意义和安全工作有力保障。

参考文献：

[1] 李志聃.电法勘探[M].徐州：中国矿业大学出版社，1990.

[2] 李金铭.地电场与电法勘探[M].北京.地质出版社，2005.