高密度电法在工程地质中的应用

钟辉荣，杨承志

（江西省地质局二六六大队，江西 南昌 330038）

工作区地处四川盆地中部丘陵区北缘，涪江中游。主要位于四川省遂宁市船山区、安居区、蓬溪县境内，图幅名称为西眉幅（H48E010015），坐标范围105°30′00″～105°45′00”，30°20′00″～30°30′00″，北邻中国地质科学院探矿工艺研究所已开展环境地质调查工作的图幅遂宁幅（（H48E009015）。为查明工作区的地层分布情况，采用高密度电法进行测量。

1 高密度电法工作原理

高密度电法是环境地质调查的有效方法，通过观测和研究人工建立的地下稳定电流场的分布规律从而达到解决地质问题的目的。高密度电法和常规电法一样，通过A、B电极向地下供电流I，在M、N极间测量电位差△V，从而可求得该点（M、N的中点）的视电阻率ϱ=K·△V/I，K为装置系数，工作原理见图1。

图1 高密度电法工作原理

高密度电法兼具剖面法与电测深法的效果，并具有点距小、数据采集密度大的特点，将所测得的大量数据利用现代的反演技术直接反演成视电阻率剖面图，此图可直接用于地下岩层分布的分析和解释，能直接反映岩层的分布位置、厚度等地质信息。

高密度电法智能化程度高，结合使用瑞典数据处理软件-RES2DINV反演软件，可以实现数据的快速采集和微机处理，改变了电阻率法勘探的传统工作模式，大大地提高了工作效率，结合地质、钻探、环境地质调查等相关信息能更客观地对岩层的分布情况做出判定，以满足环境地质调查的需要。

进行生产前，在测区进行各种实验工作，以便选择合适的勘测装置和工作所需各种参数。经过多次实验、对比，最终确定采用温纳装置进行剖面测量，其中设置最大电极间距为16个电极距单位（160m），最小电极间距为1个电极距单位（10m）。

高密度电法数据跑极方式如下图2所示。剖面使用60个电极，电极距为10m，一次敷设600m测线，测量时跑极方式从最大极距逐渐变化到最小极距，测点对应位置由深到浅。从左至右依次测完所有电极数据，每次剖面测量共采集552个数据点，形成一个倒梯形数据采样点。

图2 高密度电法温纳装置跑极方式示意图

2 质量评价

高密度电法野外数据信息采集量大，一次性布极，大大减少了数据采集的人为误差。高密度电法层析成像技术自动化程度高，经数字滤波和人工经验修正后，可消除各种人为的测量误差，使其所探测的调查对象更加形象直观，数据处理软件对数据的处理程序更加合理，更加实际，大大减少了解译的多解性。对本次观测数据经处理软件的反演满足了勘查技术要求，保证了所需要达到的探测精度。同时，全部勘探工作严格按照物探规范的要求进行，并采用RTK进行电极点定位，保证了原始数据的真实可靠，在此基础上进行的资料解译和分析结果是可信的。

3 数据处理

高密度电法勘探的数据处理是利用瑞典高密度处理软件RES2DINV进行处理，处理结果直接输出为JPG格式的视电阻率反演剖面图，最后利用该视电阻率剖面图，结合地质、钻探及环境地质调查等资料进行综合解释工作，数据流程图见图3。

图3 高密度电法数据采集、处理流程

4 工区地质概况

区内属四川盆地中部地区，出露的地层主要上统遂宁组（J3s），其次为第四系（Q4al、Qal2+3）地层。

侏罗系上统遂宁组（J3s）：分布在工作区大部分区域，分布面积276.03Km2、占工作区面积的62.39%。岩性为鲜紫红色、棕红色粉砂质泥岩夹薄层泥质粉砂岩、或粉砂质泥岩互层，局部砂岩呈厚层、巨厚层透镜体状发育，厚度较大，最大可达3m～5m，岩层产状近于水平，倾角2°～12°，层理清楚，总体产状30°～45°∠2°～12°。

第四系更新统（Q3al、Q2al）：覆盖于侏罗系砂泥岩之上，呈零星状分布于涪江两岸，Q3al分布面积4.5Km2、占工作区面积的1.02%，Q2al分布面积6.16Km2、占工作区面积的1.39%。主要分布于涪江右岸南强镇(天星坝村、龙凤村、龙凤村)、老池乡（书院村、金盆村、南陵村、铜锣村）、仁里镇（松林村）、金桥乡（蛇亭咀村、天星坝村）、高坪镇（金沙村、乌木村）、荷叶乡（茶园村、细坝村），岩性为上部棕黄色粘土、其下为含砂泥卵砾石，厚度1m～7m。

第四系全新统（Q4al）：分布于涪江两岸，组成漫滩及一级阶地，Q43al分布面积6.05Km2、占工作区面积的1.37%，Q41+2al分布面积41.49Km2、占工作区面积的9.38%。岩性主要为全新统冲积形成的粉土、粉砂、砂卵砾石层，厚度0m～25m。

第四系全新统（Q4dpl）：分区于红层丘间沟谷内，分布面积26.3Km2、占工作区面积的5.94%。丘间谷地坡洪积层粉质粘土、粘土、碎石，厚度0m～15m。

5 结果分析

工区共布置测线15条，本文将测线L2-2、L2-3两条高密度成果图进行分析。

剖面L2-2：本剖面位于涪江右岸一级阶地中后部，地势平坦，测线长为580m，测线方位64°，其视电阻率反演断面图如图4所示。

图4 物探高密度电法L2-2剖面视电阻率反演断面图

通过分析剖面L2-2电阻率断面图可知：本条剖面最大探测深度为71m，该剖面岩层呈层状结构分布，层次清晰，可以分为三层。第一层：平距0m～580m，海拔271m～268m，电阻率值为22Ω·m～30Ω·m，推测为第四系全新统冲积层（Q41+2al）,岩性为粉土、粉质粘土、粉砂，厚度均匀，大约为3m；第二层：平距0m～580m，海拔268m～254m，电阻率值为50Ω·m～200Ω·m，推测为第四系的砂卵砾石，厚度均匀，大约为14m；第三层：平距0m～580m，海拔254m～200m，电阻率值为10Ω·m～25Ω·m，推测为上侏罗统遂宁组（J3s）泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、砂岩，岩层分布均匀。

剖面L2-3：本剖面位于涪江右岸一级阶地中后部，地势平坦，测线长为300m，测线方位27°其视电阻率反演断面图如图5所示。

图5 物探高密度电法L2-3剖面视电阻率反演断面图

通过分析剖面L2-3电阻率断面图可知：本条剖面最大探测深度为42m，该剖面岩层呈层状结构分布，层次清晰，可以分为三层。第一层：平距0m～300m，海拔262m～259.5m，电阻率值为26Ω·m～40Ω·m，推测为第四系全新统冲积层（Q41+2al）,岩 性为粉土、粉质粘土、粉砂，厚度均匀，大约为2.5m；第二层：平距0m～300m，海拔259.5m～240m，电阻率值为50Ω·m～200Ω·m，推测为第四系的砂卵砾石，厚度一般大约为8m～13m，其中平距90m、220m两处厚度变化较大，大约为17m～20m；第三层：平距0m～300m，海拔240m～220m，电阻率值为6Ω·m～20Ω·m，推测为上侏罗统遂宁组（J3s）泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、砂岩，平距70m～200m之间地层起伏较大。

6 结论

在调查中应充分利用高密度电法物探方法，并将物探方法与钻探、地面调查等合理地密切结合，以迅速、经济地取得更正确、全面的环境地质、工程地质资料。

（1）通过高密度电法测线并结合钻探及野外调查工作，基本查明了涪江沿岸Ⅰ级阶地第四系全新统冲积层（Q41+2al）松散沉积物的岩性、厚度及空间分布，查明基岩埋藏深度及其基岩面起伏形态。Ⅰ级阶地表覆第四系厚0m～30m、一般厚8m～24m，其中上部粉土、粉质粘土、粉、细砂一般厚3m～8m，砂卵砾石一般厚5m～16m。区内第四系全新统冲积层含水层厚度5m～15m。

（2）区内第四系全新统冲积层（Q41+2al）的粉土、粉砂、粉质粘土砂等的电性特征表现为低阻，砂卵砾石的电性特征表现为相对高阻，富水性较差的较富水性较好的电阻率高3～10倍。第四系更新统粘土表现为低阻，泥砂卵砾石的电性特征表现为相对高阻，但较全新统冲积层的砂卵砾石低。侏罗系的粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、砂岩等电性特征表现为低阻，长石石英砂岩相对前者较高。