綜合物探技術(shù)在引水工程勘探中的應(yīng)用

陳品雄

（貴州煤田地質(zhì)局一七四隊(duì)，貴州貴陽(yáng)550002）

1 方法原理

高密度電阻率成像（高密度電法）是視電阻率法探測(cè)技術(shù)在工程勘探中的一項(xiàng)成功應(yīng)用。高密度電阻率法是一種陣列勘探方法，也稱自動(dòng)電阻率系統(tǒng)，是直流電法的發(fā)展，其功能相當(dāng)于電測(cè)深與電剖面法的結(jié)合。通過(guò)對(duì)地表不同部位人工電場(chǎng)的掃描測(cè)量，得到視電阻率斷面圖像，由此來(lái)了解地下介質(zhì)視電阻率ρs的分布，根據(jù)巖土介質(zhì)視電阻率的分布推斷解釋地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)。

溫納裝置AMNB（α排列）：α排列適用于固定斷面掃描測(cè)量，電極排列如圖1所示。

圖1 溫納裝置

測(cè)量時(shí)，AM＝MN＝NB為一個(gè)極距，A、B、M、N逐點(diǎn)同時(shí)向左移動(dòng)，得到一條剖面線；接著AM、MN、NB增大一個(gè)電極距，A、B、M、N逐點(diǎn)同時(shí)向左移動(dòng)，得到另一條剖面線；這樣掃描下去，即得到倒梯形斷面圖。

大地電磁測(cè)深法原理：根據(jù)電磁學(xué)理論，地層中的視電阻率可由下式求?。?/p>

而探測(cè)趨膚深度可由下式給出：

式中：ρ——地層的視電阻率；

f——可控電磁頻率；

Ex——電場(chǎng)分量；

Hy——磁場(chǎng)分量；

δ——探測(cè)趨膚深度。

EH4連續(xù)電導(dǎo)率成像系統(tǒng)原理是基于大地電磁測(cè)深原理，通過(guò)人工建立可控電磁場(chǎng)系統(tǒng)，改變電磁頻率，在一定距離的遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)觀測(cè)Ex、Hy或Ey、Hx的變化，繪制測(cè)區(qū)內(nèi)視電阻率等值線圖，根據(jù)測(cè)區(qū)內(nèi)視電阻率的變化情況，以達(dá)到探測(cè)地下目的體的一種探測(cè)方法，其探測(cè)深度可達(dá)千米以上。野外工作方法見EH4工作連接示意圖2。

圖2 EH4工作連接示意

2 野外方法和技術(shù)

測(cè)線的布置：測(cè)線的布置應(yīng)結(jié)合地形與路線實(shí)際情況進(jìn)行布設(shè)，測(cè)線及點(diǎn)位位置根據(jù)提供的平面圖及地質(zhì)要求來(lái)確定測(cè)線線距和點(diǎn)距，高密度采用8～10m點(diǎn)距，大地電磁測(cè)深采用20m點(diǎn)距。

電纜的敷設(shè)：電纜應(yīng)該按照事先布設(shè)好的測(cè)線敷設(shè)，電纜線在敷設(shè)過(guò)程中要直且平，不能彎曲過(guò)大，同時(shí)主要保護(hù)電纜線的線頭，防止進(jìn)水受潮。大地電磁測(cè)深野外布置按工作連接示意圖布置。

電極的布設(shè)：野外在布設(shè)電極時(shí)應(yīng)注意將電極打入土里面，盡量避開巖層，必要時(shí)要澆注鹽水，同時(shí)檢查接地電極電阻不能超過(guò)5k·Ω，對(duì)于接地電阻較高的地極可以采取澆注鹽水、電極并聯(lián)等辦法解決。

主機(jī)及電瓶連接：主機(jī)及電瓶應(yīng)注意放在平坦干燥的地方，連接電瓶的時(shí)候注意正負(fù)極不能接錯(cuò)，工作時(shí)采用2個(gè)12V 65A/h電瓶先并聯(lián)，再與儀器連接，同時(shí)接好應(yīng)該用外用表測(cè)量總的電壓是否正確。主機(jī)的電壓不能低于10V，電瓶電壓不能低于11V，觀測(cè)中隨時(shí)注意數(shù)據(jù)的變化。

野外測(cè)量完成后，可以直接在儀器中查看斷面圖，注意每條剖面要連續(xù)平滑，不應(yīng)有過(guò)大的跳點(diǎn)，同時(shí)如果發(fā)現(xiàn)大量負(fù)數(shù)，要立刻檢查原因，必要時(shí)重測(cè)。

觀測(cè)電壓值一般不能小于5mV，電壓值過(guò)小引起電阻率在同一條剖面上與相鄰點(diǎn)的電阻率差異較大應(yīng)將這類點(diǎn)剔除。利用基本觀測(cè)數(shù)據(jù)和檢查點(diǎn)數(shù)據(jù)的均方相對(duì)誤差檢驗(yàn)測(cè)量成果，均方相對(duì)誤差一般要控制在5%之內(nèi)。

3 應(yīng)用實(shí)例

測(cè)線布置：本工區(qū)共布置2條高密度電法測(cè)線（G1-G1′、G2-G2′、），2條大地電磁測(cè)深法測(cè)線（EH1-E1′、EH2-EH2′）。測(cè)線自起點(diǎn)向終點(diǎn)方向?yàn)镾4°W。EH1-EH1′測(cè)線與 GJ1-GJ1′測(cè)線中部重合，EH2-EH2′測(cè)線與G2-G2′測(cè)線中部重合。

G1-G1′測(cè)線、EH1-EH1′測(cè)線沿洞軸線布置；G2-G2′、EH2-EH2′測(cè)線平行布置于洞軸線近西方向，兩線垂距60m。

物性特征：高密度電阻率法試驗(yàn)范圍內(nèi)巖體視電阻率在50～7000Ω·m之間，其中，垂直巖溶帶視電阻率在20～60Ω·m之間，溶蝕破碎巖體視電阻率在200～500Ω·m之間，斷層破碎帶視電阻率在500～2000Ω·m之間。

大地電磁測(cè)深法(EH4)試驗(yàn)范圍內(nèi)巖體視電阻率在10～6000Ω·m之間，其中，垂直巖溶帶視電阻率在10～40Ω·m之間，溶蝕破碎巖體視電阻率在200～600Ω·m之間，斷層破碎帶視電阻率在300～2000Ω·m之間。表1為工作區(qū)試驗(yàn)和鉆孔所涉及地層巖性電阻率值統(tǒng)計(jì)表。

表1 工作區(qū)所涉及的地層巖性電阻率統(tǒng)計(jì)表

G1-G1′、EH1-EH1′測(cè)線探測(cè)共圈定15個(gè)視電阻率異常區(qū)域。其中，2處近地表?xiàng)l帶狀低阻異常，推斷為斷層破碎帶；11個(gè)為團(tuán)塊狀、條帶狀低阻異常，推斷為溶蝕破碎帶（具體見滇中引水工程大地電磁測(cè)深與高密度電阻率法綜合剖面圖3）。

G2-G2′、EH2-EH2′測(cè)線探測(cè)共圈定11個(gè)視電阻率異常區(qū)域。其中，2處近地表?xiàng)l帶狀低阻異常，推斷為斷層破碎帶；9個(gè)為團(tuán)塊狀、條帶狀低阻異常，推斷為溶蝕破碎帶。

綜合解釋成果：測(cè)區(qū)地表多見溶溝溶槽，近地表多有垂直巖溶帶發(fā)育，主要集中于C2w及P1q+m地層近地表區(qū)域，影響深度約40m。

C2w及P1q+m地層中均發(fā)現(xiàn)有不同程度和規(guī)模的溶蝕破碎體；洞軸線YH24+850～YH25+170段及YH25+550～YH25+930段溶蝕破碎體發(fā)育較強(qiáng)烈，YH24+970～YH25+030及YH26+370～YH26+410段為斷層破碎帶，洞軸線附近其余區(qū)域未發(fā)現(xiàn)較大規(guī)模物探異常。

4 結(jié)論

圖3 滇中引水工程大地電磁測(cè)深與高密度電阻率法綜合剖面

利用大地電磁測(cè)深法和高密度電阻率法對(duì)引水隧道軸線進(jìn)行巖溶探測(cè)，高密度探測(cè)隧道軸線200m以淺巖溶發(fā)育情況，大地電磁測(cè)深探測(cè)大于200m的巖溶發(fā)育情況，進(jìn)行綜合解釋，預(yù)測(cè)了引水隧道軸線的水文地質(zhì)情況，在推斷的異常區(qū)域范圍，用鉆孔進(jìn)行驗(yàn)證，與推斷結(jié)果相符合。綜合物探測(cè)量成果技術(shù)對(duì)引水隧道的掘進(jìn)工作提供了指導(dǎo)意義和安全工作有力保障。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李志聃.電法勘探[M].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，1990.

[2] 李金銘.地電場(chǎng)與電法勘探[M].北京.地質(zhì)出版社，2005.