合肥市南淝河河道土質(zhì)邊坡高密度電阻率法勘查實踐

楊甦，邵愛武，張國鴻

(安徽省地球物理地球化學(xué)勘查技術(shù)院， 安徽合肥 230022)

0 引言

南淝河總體流向東南，從肥西的夏大郢進入董鋪水庫，于大楊店南出庫后，穿亳州路橋，經(jīng)合肥市區(qū)的四里河、板橋河，穿屯溪路橋至二十埠河，至三汊河折西南流，于施口注入巢湖，全長約70km。南淝河自建成以來，在城市防洪、排澇、灌溉引水等方面發(fā)揮了重要作用。同時，隨著合肥市的快速發(fā)展和人民生活的不斷改善，穿城或環(huán)城河道已成為城市自然景觀的重要組成部分，在改善城市生活環(huán)境方面發(fā)揮著積極作用。

河道土質(zhì)邊坡一般存在淤泥軟弱層、細沙含水層、漏水通道等工程地質(zhì)隱患。淤泥軟弱層和細沙含水層為近水平層狀體，漏水通道呈網(wǎng)格或線性裂隙狀，由于河道邊坡中的這些隱患體埋藏淺、規(guī)模較大，當它們充水時，與正常土質(zhì)體間呈現(xiàn)為低阻體。高密度電阻率法二維電阻率反演斷面圖中，應(yīng)當出現(xiàn)層狀低阻、呈網(wǎng)格或線性裂隙狀低阻異常。對于河道砌石邊坡可以采用納米瞬變電磁法或其他物探方法進行勘查。根據(jù)業(yè)主要求，對合肥市南淝河土質(zhì)邊坡采用高密度電阻率法進行勘查，對勘查成果中的低阻異常進行了實地踏勘、分析，提出了驗證要求，本文介紹兩個勘查驗證剖面，整個勘查成果獲得了評審?fù)ㄟ^，得道了業(yè)主的認可、滿意。

1 方法簡介

高密度電阻率法（High density resistivity method）是利用地下巖土層電阻率差異的一種時間域電法。通過在地面安放一組（供電/測量）電極，向地中供以一定的雙極性電流后，地中就產(chǎn)生了電流場,此時我們可用安放的測量電極接收電場強度和電流強度的大小,以此可計算得到大地視電阻率值。通過供電電極（A、B）和測量電極(M、N)的橫向移動和不斷擴展,就可測量到大地中任意一點的視電阻率值。由于地下介質(zhì)電阻率的不均勻性，其導(dǎo)電能力存在差異，因此通過采集電場信號的強、弱程度，就可得到地中介質(zhì)的不均勻（導(dǎo)電）體的位置及其分布范圍（圖1）。

圖1 高密度電阻率法工作原理示意Fig.1 Working principle of high-density resistivity method

一個工程勘查項目,高密度電法一般需經(jīng)過現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集——數(shù)據(jù)傳輸——計算機處理——工程驗證——地質(zhì)目標體的解譯等過程（圖2）。

圖2 高密度電阻率法工作流程圖Fig. 2 Work flow of high-density resistivity method

2 應(yīng)用實例

2.1 勘查區(qū)水文地質(zhì)特征

合肥的母親河——南淝河正源為董鋪水庫上游河道，始于江淮分水嶺東南側(cè)，跨肥西長豐兩縣交界處，其支流眾多，流域總面積1640km2，其中山丘區(qū)占90%，圩區(qū)占10%。蕪湖路橋以上為丘陵河道，比降較陡，約1/6000；蕪湖路橋以下進入平原圩區(qū)，比降平緩，約1/15000～1/30000。亳州路橋至施口河段長33.3km，河底寬30～80m，河底高程6～5m，洪水深約8m，兩岸堤防高程16.2～13.0m。南淝河北門站1954年7月11日洪水位16.19m，為歷史最高，實測相應(yīng)最大流量為1040m3每秒。建董鋪水庫以后，合肥東門站1983年實測最高水位為12.32m（7月24日），最大流量為145m3/s。

2.2 勘查區(qū)土質(zhì)邊坡電性特征

依據(jù)合肥市南淝河河堤堤身結(jié)構(gòu)的鉆探剖面和高密度電阻率法測量，電阻率垂向剖面應(yīng)具有如下電性結(jié)構(gòu)特征：

（1）最上層填土呈高阻、耕植土為相對低阻，充水的粉細砂土為低阻異常，粉質(zhì)黏土為中高阻，電阻率垂向剖面具有H型地電斷面特征。

（2）當土層體中存在滲漏通道時，在電阻率垂向剖面中，在滲漏通道位置上應(yīng)有似圓形或陡立帶狀形的低阻（充水情況下）或高阻異常（空腔情況下）。

（3）當河道邊坡體中存在軟弱層時，視電阻率斷面圖中應(yīng)有水平低阻層顯示。

2.3 勘查工作方法技術(shù)

高密度電阻率法測線均布置在南淝河河堤頂面和河道護坡為土質(zhì)結(jié)構(gòu)坡肩地段，與堤線走向基本一致。工作參數(shù):測量裝置采用溫納裝置，電極距2m，采樣間隔系數(shù)16，電極通道數(shù)60個。工作布置見圖3。

圖3 高密度電法大線鋪設(shè)Fig. 3 Laying of jug lines of high-density electrical method

高密度電阻率法的資料處理使用加拿大嬌佳公司研制的RTomo高密度電法工作軟件。根據(jù)反演軟件數(shù)據(jù)格式要求，首先對采集的原始數(shù)據(jù)進行編輯，導(dǎo)入RTomo軟件后，先進行數(shù)據(jù)濾波，再進行反演成像。

資料處理步驟：第一步，按軟件數(shù)據(jù)格式要求，將每個排列測量的視電阻率數(shù)據(jù)按每個采樣層進行編輯，分別建立每個測量排列的數(shù)據(jù)文件；第二步，采用中值濾波算法進行數(shù)據(jù)濾波；第三步，將濾波后的數(shù)據(jù)進行電阻率二維反演成像，在反演工作的過程中，結(jié)合以往南淝河鉆探勘察資料，選擇反演深度比例系數(shù)進行，反演成像算法為有限單元法。

2.4 勘查應(yīng)用

實例1：合肥市董鋪水庫下游

高密度電阻率法探測的河道邊坡位于合肥市董鋪水庫下游，河道邊坡大部分位于森林公園內(nèi)，河渠彎道多、曲度大。見圖4。

根據(jù)高密度電阻率法測量結(jié)果，向業(yè)主提出了驗證剖面位置，驗證剖面處于合肥市清溪路垃圾場北西（圖4），剖面長148m，進行了四個鉆孔勘查驗證，孔深約8m。驗證結(jié)果如圖5所示。

圖5（a）是河道邊坡電阻率二維反演等值線斷面圖。由圖可見，在大約500～540號之間存在一個十分明顯的低阻帶異常，通過踏勘后，向業(yè)主提出鉆探驗證，為了控制整條剖面和鉆孔安放，通過四個鉆探鉆探，驗證結(jié)果如圖5（b）。

圖4 實例1驗證剖面位置示意圖Fig. 4 Sketch of the location of example 1 test section

圖5 合肥市董鋪水庫下游地段南淝河右岸驗證剖面Fig. 5 Test section across the right bank of the Nanfei River in the lower reach of the Dongpu Reservoir in Hefei City

由驗證結(jié)果知，河道邊坡的雜填土電阻率極不均勻，約在25～50Ω.m,為高阻層；粉土層的電阻率較均勻，電阻率在30～35Ω.m,是中阻層；含水細沙層的電阻率低，其值20～25Ω.m。由此可見，通過驗證，說明高密度電法的電阻率二維斷面圖中的深部低阻異常體是含水細沙層引起，與物探推斷的含水軟弱層一致。由于，520測點處不易安放鉆機，所以未能揭露出地下主要低阻異常體的埋深。

實例2：合肥市蕪湖路橋右岸

根據(jù)高密度電法測量結(jié)果，驗證剖面處于合肥市蕪湖路橋下游右岸，高密度電法實測剖面布置于巢湖路人行道上，見圖6。

高密度電阻率法的低阻異常段由兩個鉆孔控制，鉆探深度約8m，高密度電阻率法二維反演剖面和鉆探驗證結(jié)果如圖7所示。

高密度電阻率法測量是在雨后進行的，所以造成地表土層電阻率低。高密度電法電阻率二維反演斷面在48～78號點間深部存在層狀低阻異常，電阻率僅為3～4Ω.m,為低阻層。通過ZK25、ZK23兩孔的鉆探揭露，該低阻層為含水的粉質(zhì)淤泥層，與物探推測的含水軟弱層一致。這種含水粉質(zhì)淤泥層在河道邊坡下部，屬于不穩(wěn)定的土層，現(xiàn)已造成河道邊坡?lián)鯄Πl(fā)生了偏斜，應(yīng)立即河道邊坡加以灌漿治理。

圖6 實例2驗證剖面位置示意圖FFig. 6 Sketch of the location of example 2 test section

圖7 合肥市蕪湖路橋右岸地段驗證剖面Fig. 7 Test section across the right bank of the river channel at the Wuhu road bridge in Hefei City

3 結(jié) 論

合肥市南淝河土質(zhì)邊坡安全檢測，通過高密度電阻率法測量，發(fā)現(xiàn)了一批規(guī)模不等的、形態(tài)各異的低阻異常。通過對異常分布地段實施踏勘和檢查觀測，排除了一些因近地表干擾（地表管線、排水管道、地表垃圾物等）造成的低阻異常；對一些重要的低阻異常進行了鉆探驗證，驗證結(jié)果基本與物探推測的結(jié)論一致。高密度電阻率法對合肥市南淝河土質(zhì)邊坡安全檢測項目，通過業(yè)主組織專家審查，獲得通過。高密度電阻率法電阻率二維反演斷面圖為合肥市南淝河的治理提供了一份基礎(chǔ)性的勘查資料。

參考文獻：

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

[2]郭厚軍，張國鴻.高密度電阻率法探測地下人防巷道裝置類型選擇與異常識別[J]. 安徽地質(zhì)，2015（2）.

[3]張國鴻，黃振宇.綜合直流電法勘查尾礦庫區(qū)漏水通道效果[J]. 安徽地質(zhì)，2011（3）.

[4]王占孝， 張國鴻.EH-4大地電磁法探測地下暗河[J]. 安徽地質(zhì)，2012（3）.