合肥市南淝河河道土质边坡高密度电阻率法勘查实践

杨甦，邵爱武，张国鸿

(安徽省地球物理地球化学勘查技术院， 安徽合肥 230022)

0 引言

南淝河总体流向东南，从肥西的夏大郢进入董铺水库，于大杨店南出库后，穿亳州路桥，经合肥市区的四里河、板桥河，穿屯溪路桥至二十埠河，至三汊河折西南流，于施口注入巢湖，全长约70km。南淝河自建成以来，在城市防洪、排涝、灌溉引水等方面发挥了重要作用。同时，随着合肥市的快速发展和人民生活的不断改善，穿城或环城河道已成为城市自然景观的重要组成部分，在改善城市生活环境方面发挥着积极作用。

河道土质边坡一般存在淤泥软弱层、细沙含水层、漏水通道等工程地质隐患。淤泥软弱层和细沙含水层为近水平层状体，漏水通道呈网格或线性裂隙状，由于河道边坡中的这些隐患体埋藏浅、规模较大，当它们充水时，与正常土质体间呈现为低阻体。高密度电阻率法二维电阻率反演断面图中，应当出现层状低阻、呈网格或线性裂隙状低阻异常。对于河道砌石边坡可以采用纳米瞬变电磁法或其他物探方法进行勘查。根据业主要求，对合肥市南淝河土质边坡采用高密度电阻率法进行勘查，对勘查成果中的低阻异常进行了实地踏勘、分析，提出了验证要求，本文介绍两个勘查验证剖面，整个勘查成果获得了评审通过，得道了业主的认可、满意。

1 方法简介

高密度电阻率法（High density resistivity method）是利用地下岩土层电阻率差异的一种时间域电法。通过在地面安放一组（供电/测量）电极，向地中供以一定的双极性电流后，地中就产生了电流场,此时我们可用安放的测量电极接收电场强度和电流强度的大小,以此可计算得到大地视电阻率值。通过供电电极（A、B）和测量电极(M、N)的横向移动和不断扩展,就可测量到大地中任意一点的视电阻率值。由于地下介质电阻率的不均匀性，其导电能力存在差异，因此通过采集电场信号的强、弱程度，就可得到地中介质的不均匀（导电）体的位置及其分布范围（图1）。

图1 高密度电阻率法工作原理示意Fig.1 Working principle of high-density resistivity method

一个工程勘查项目,高密度电法一般需经过现场数据采集——数据传输——计算机处理——工程验证——地质目标体的解译等过程（图2）。

图2 高密度电阻率法工作流程图Fig. 2 Work flow of high-density resistivity method

2 应用实例

2.1 勘查区水文地质特征

合肥的母亲河——南淝河正源为董铺水库上游河道，始于江淮分水岭东南侧，跨肥西长丰两县交界处，其支流众多，流域总面积1640km2，其中山丘区占90%，圩区占10%。芜湖路桥以上为丘陵河道，比降较陡，约1/6000；芜湖路桥以下进入平原圩区，比降平缓，约1/15000～1/30000。亳州路桥至施口河段长33.3km，河底宽30～80m，河底高程6～5m，洪水深约8m，两岸堤防高程16.2～13.0m。南淝河北门站1954年7月11日洪水位16.19m，为历史最高，实测相应最大流量为1040m3每秒。建董铺水库以后，合肥东门站1983年实测最高水位为12.32m（7月24日），最大流量为145m3/s。

2.2 勘查区土质边坡电性特征

依据合肥市南淝河河堤堤身结构的钻探剖面和高密度电阻率法测量，电阻率垂向剖面应具有如下电性结构特征：

（1）最上层填土呈高阻、耕植土为相对低阻，充水的粉细砂土为低阻异常，粉质黏土为中高阻，电阻率垂向剖面具有H型地电断面特征。

（2）当土层体中存在渗漏通道时，在电阻率垂向剖面中，在渗漏通道位置上应有似圆形或陡立带状形的低阻（充水情况下）或高阻异常（空腔情况下）。

（3）当河道边坡体中存在软弱层时，视电阻率断面图中应有水平低阻层显示。

2.3 勘查工作方法技术

高密度电阻率法测线均布置在南淝河河堤顶面和河道护坡为土质结构坡肩地段，与堤线走向基本一致。工作参数:测量装置采用温纳装置，电极距2m，采样间隔系数16，电极通道数60个。工作布置见图3。

图3 高密度电法大线铺设Fig. 3 Laying of jug lines of high-density electrical method

高密度电阻率法的资料处理使用加拿大娇佳公司研制的RTomo高密度电法工作软件。根据反演软件数据格式要求，首先对采集的原始数据进行编辑，导入RTomo软件后，先进行数据滤波，再进行反演成像。

资料处理步骤：第一步，按软件数据格式要求，将每个排列测量的视电阻率数据按每个采样层进行编辑，分别建立每个测量排列的数据文件；第二步，采用中值滤波算法进行数据滤波；第三步，将滤波后的数据进行电阻率二维反演成像，在反演工作的过程中，结合以往南淝河钻探勘察资料，选择反演深度比例系数进行，反演成像算法为有限单元法。

2.4 勘查应用

实例1：合肥市董铺水库下游

高密度电阻率法探测的河道边坡位于合肥市董铺水库下游，河道边坡大部分位于森林公园内，河渠弯道多、曲度大。见图4。

根据高密度电阻率法测量结果，向业主提出了验证剖面位置，验证剖面处于合肥市清溪路垃圾场北西（图4），剖面长148m，进行了四个钻孔勘查验证，孔深约8m。验证结果如图5所示。

图5（a）是河道边坡电阻率二维反演等值线断面图。由图可见，在大约500～540号之间存在一个十分明显的低阻带异常，通过踏勘后，向业主提出钻探验证，为了控制整条剖面和钻孔安放，通过四个钻探钻探，验证结果如图5（b）。

图4 实例1验证剖面位置示意图Fig. 4 Sketch of the location of example 1 test section

图5 合肥市董铺水库下游地段南淝河右岸验证剖面Fig. 5 Test section across the right bank of the Nanfei River in the lower reach of the Dongpu Reservoir in Hefei City

由验证结果知，河道边坡的杂填土电阻率极不均匀，约在25～50Ω.m,为高阻层；粉土层的电阻率较均匀，电阻率在30～35Ω.m,是中阻层；含水细沙层的电阻率低，其值20～25Ω.m。由此可见，通过验证，说明高密度电法的电阻率二维断面图中的深部低阻异常体是含水细沙层引起，与物探推断的含水软弱层一致。由于，520测点处不易安放钻机，所以未能揭露出地下主要低阻异常体的埋深。

实例2：合肥市芜湖路桥右岸

根据高密度电法测量结果，验证剖面处于合肥市芜湖路桥下游右岸，高密度电法实测剖面布置于巢湖路人行道上，见图6。

高密度电阻率法的低阻异常段由两个钻孔控制，钻探深度约8m，高密度电阻率法二维反演剖面和钻探验证结果如图7所示。

高密度电阻率法测量是在雨后进行的，所以造成地表土层电阻率低。高密度电法电阻率二维反演断面在48～78号点间深部存在层状低阻异常，电阻率仅为3～4Ω.m,为低阻层。通过ZK25、ZK23两孔的钻探揭露，该低阻层为含水的粉质淤泥层，与物探推测的含水软弱层一致。这种含水粉质淤泥层在河道边坡下部，属于不稳定的土层，现已造成河道边坡挡墙发生了偏斜，应立即河道边坡加以灌浆治理。

图6 实例2验证剖面位置示意图FFig. 6 Sketch of the location of example 2 test section

图7 合肥市芜湖路桥右岸地段验证剖面Fig. 7 Test section across the right bank of the river channel at the Wuhu road bridge in Hefei City

3 结 论

合肥市南淝河土质边坡安全检测，通过高密度电阻率法测量，发现了一批规模不等的、形态各异的低阻异常。通过对异常分布地段实施踏勘和检查观测，排除了一些因近地表干扰（地表管线、排水管道、地表垃圾物等）造成的低阻异常；对一些重要的低阻异常进行了钻探验证，验证结果基本与物探推测的结论一致。高密度电阻率法对合肥市南淝河土质边坡安全检测项目，通过业主组织专家审查，获得通过。高密度电阻率法电阻率二维反演断面图为合肥市南淝河的治理提供了一份基础性的勘查资料。

参考文献：

[1]李金铭.地电场与电法勘探[M]. 北京：地质出版社，2005.

[2]郭厚军，张国鸿.高密度电阻率法探测地下人防巷道装置类型选择与异常识别[J]. 安徽地质，2015（2）.

[3]张国鸿，黄振宇.综合直流电法勘查尾矿库区漏水通道效果[J]. 安徽地质，2011（3）.

[4]王占孝， 张国鸿.EH-4大地电磁法探测地下暗河[J]. 安徽地质，2012（3）.