高密度电法在河流穿越工程中的应用

李大龙

（大庆油田设计院有限公司，黑龙江 大庆 163453）

0 引言

高密度电法是集测深和剖面法于一体的一种多装置、多极距的组合方法，它具有一次布极即可进行多装置数据采集以及通过求取比值参数而能突出异常信息的特点。野外测量时只需将全部电极(几十至上百根)置于测点上，然后利用程控电极转换开关和微机工程电测仪便可实现数据的决速和自动采集，当将测量结果送入微机后，还可对数据进行处理并得出关于地电断面分布的各种图示结果。

1 高密度电法方法原理

高密度电法以岩、土体的导电性差异为物理基础，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。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）的视电阻率值ρs=K•△V/I（K为装置系数）。高密度电法在探测剖面可同时布置多道电极，通过自动控制转换装置，改变供电电极和接收电极的位置，依据供电电极距与探测深度的比例关系，实现不同深度地电断面的测量。兼具剖面法与电测深法的效果，具有点距小、数据采集密度大的特点，二维地电断面能较直观的反映不同性质岩土体的位置、界限、埋深等地质信息[1]。

当岩体完整时，视电阻率图像成层状分布，透过表层（水）后其视电阻率沿垂直方向应呈升高趋势，并且在或覆盖层和基岩的分界面应有明显的视电阻率差异。当岩体中存在断层、破碎带等渗水通道时，图像中层状特征遭到破坏，出现条带状或椭圆形低阻色块，使得某些层位被错开、拉伸发生畸变。

2 工作区简况

本次穿越地段所处地貌单元属河床及两侧漫滩，穿越段西北为低山区，左岸为冲积平原，北接河流中上游强起伏台地区，南接平原区域的波状台地区，穿越南北两岸场地均较平坦。地表由第四系冲积、洪积粘性土类及砂土、碎石土组成，表层为黑土、草甸土、暗棕壤和沼泽土，地表植被发育。

3 野外工作方法

本次高密度电法勘察采用国产（DZD-6A）多功能数字直流激电仪为测控主机，配以120道多路电极转换器构成高密度电阻率测量系统。

依据施工前内业布置的测线位置，利用GPS全球定位系统导航模式布置测线，然后沿测线对陆域进行清障，再用测绳量距布置电极位置。为了更好地对高密度电法数据进行地形改正，对电极位置用GPS全球定位系统逐点测量，采集平面和高程 信息。

4 数据采集与处理流程

数据采集时，对每个电极位置实地测量，在此基础上进入数据处理阶段；数据处理采用“Res2dinv”软件，基本流程数据编辑--改变程序设置--资料反演--地形改正--显示--输出。

5 勘察成果综合分析

5.1 工程地质特征

解释依据从已知到未知的原则，通过分析已有过钻孔高密度电法反演剖面（如图1所示），建立岩性（构造）与视电阻率等值线变化间的关系，按照变化规律推广至中线剖面[2]。

图1 高密度电法反演剖面

各电性层位与地层对应关系如下所述：

（1）第四系覆盖层：鉴于工程勘察揭露的素填土层、淤泥质粉质黏土层厚度小且分布不连续，在高密度电法成果中未见明显界面，故将其与卵石层划为一层。

该层呈现多处不连续高阻或相对次高阻等值线闭合环状异常、变化率大，视电阻率值变化范围（200～3500Ω•m）较大，推断系粗砂及少量黏性土充填、充填组份比存在区间性。底界面呈现中间高两头低的趋势。水平桩号1段，卵石层底界面总体呈向南微倾斜趋势，水平桩号2段凸起且略有起伏，3段趋于平稳。通过各线测线推断卵石层底界面所表现差异性，继而推断该区域卵石层底界面各向均存在起伏；

（2）安山岩全风化层

该层呈现中高阻特征，视电阻率值变化范围（40～500Ω•m）大，视电阻率值主要受构造和含水率影响。一般地段视电阻率值在200～500Ω•m间变化；过江段视电阻率值在70～200Ω•m间变化，主要由含水率增加引起；过鱼塘段视电阻率值在40Ω•m左右，主要受到断层F3和含水率的影响；

（3）安山岩强风化层

该层呈现中高阻特征，视电阻率值变化范围（50～200Ω•m）较大，视电阻率值主要受构造和含水率影响。过鱼塘段视电阻率值在50Ω•m左右，整体破碎，主要受到断层F3和含水率的影响；

（4）安山角砾岩全风化层

该层呈现中高阻特征，视电阻率值变化范围（30～500Ω•m）较大，视电阻率值主要受构造和含水率影响。该层界面起伏不大；

（5）安山角砾岩强风化层

该层呈现低阻特征，视电阻率值小于等于20Ω•m。推断内部裂隙很发育，破碎严重充水，无法识别该层厚度；

（6）凝灰岩全（强）风化层

该层呈现低阻特征，视电阻率值变化范围（20～50Ω•m）。推断内部裂隙很发育，破碎严重充水，无法区分全分化层与强风化层；

（7）花岗岩中风化层

该层呈现低阻特征，视电阻率值变化范围（20～150Ω•m）。该层分为上下两个亚层，上部视电阻率渐变（100～200Ω•m），下部视电阻率值小于20Ω•m，推断内部裂隙很发育，破碎且充水。

5.2 不良地质现象

从物探勘察结果来看（如图2所示），穿越段被三条大断裂切割为四个单元，断层从左至右依次命名为F1～F3，均为正断层，断层附近等值线横向变化剧烈。其中，断层F1倾向东（倾角86°），影响宽度约为70m；断层F2倾向西（倾角78°），影响宽度约为60m；断层F3倾向东（倾角77°），影响宽度约为80m，该断层东侧覆盖层明显变厚（由小于10m增至20m左右）。

图2 断层分布图

穿越段（过江部分）经过一处岩性变化带，主要为安山角砾岩全风化层、安山角砾岩强风化层、凝灰岩全风化层、花岗岩中风化层和安山岩强风化层。隧道下部视电阻等值线近似封闭，影响宽度约240m，电阻率值极低（小于20Ω•m），结合钻孔情况，推断深部破碎程度高且充水[3]。

6 结语

（1）通过对采集数据合理的处理和解译，本次物探工作依据电性变化特征，对区内地层进行了划分；

（2）推断出穿越段3条断层及1处岩性变化带；

（3）穿越场地第⑥2层安山岩分布较为连续，若主河道采用盾构穿越，建议采用该层为穿越 地层；

（4）第④～⑥2层全、强风化安山岩、安山角砾岩由于地层岩体破碎，基岩顶面起伏稍大，若采用该层为盾构或定向钻穿越地层，均应考虑局部岩体破碎对施工带来的困难和风险。建议设计和施工时，应采取有效措施预防由于岩体破碎给施工造成的困难和风险；

（5）穿越场地上部卵、砾石、中粗砂层，工程地质钻探时成孔较差，定向钻施工，对于上部松散层，特别是圆砾层，渗透性大，需采用夯套管隔离，或进行场地的固化处理。

通过本次勘察，表明高密度电法在河流穿越勘察中是有效的物探方法之一。松散层由于组分以及含水率的不同，视电阻率变化范围较大；同一岩性受风化程度与含水率的影响，其视电阻率值有所变化，不同岩性受构造等因素的影响，会呈现相同的视电阻率值；深大断裂会引起视电阻率值沿着横向剧烈变化，等值线呈“面条状”向深部延伸；小规模的断裂引起视电阻率等值线扭曲和错动。通过对视电阻率剖面的仔细分析，为设计和施工提供了可靠的基础资料。