高密度电法在西岭雪山蓄水池稳定性探测中的应用

谭大龙，庹先国，赵思维

(成都理工大学 先达工作室，四川成都610059)

高密度电法在西岭雪山蓄水池稳定性探测中的应用

谭大龙，庹先国，赵思维

(成都理工大学 先达工作室，四川成都610059)

通过对待建西岭雪山蓄水池工区进行的浅层勘测，对工区覆盖层与基岩电性差异和裂隙异常特征研究，并与钻孔资料进行比对、校正。结果表明，工区范围内的覆盖层与基岩，以及裂隙与围岩存在明显电性差异。经过软件反演后的测线视电阻率异常特征和断面，清晰地反映出地下基岩起伏和裂隙地下延展分布、地下埋深情况，进而可圈定不良地质体规模，为待建蓄水池提供了地质依据。

高密度电法;覆盖层厚度;裂隙

0 前言

高密度电阻率法是工程地球物理勘探的主要方法，作为轻便、快捷、经济有效的工程地质勘探与地下工程质量检测手段，高密度电阻率法已被国内、外工程界所共识。由于它是一种以研究地下介质体的电阻率差异为地球物理基础，集电剖面和电测深为一体，采用高密度布点，进行二维地电断面测量的一种电阻率勘查技术。同时加上计算机数据处理与成像技术，又把大量烦琐的数据计算，成像处理变得快速准确，大大提高了探测效率和成功率，因此该方法与其它物探方法相比，具有更强的优越性。目前在金属与非金属矿产、地质、构造、水文地质、工程地质灾害、考古、岩溶洞穴景观资源调查等各领域中，该方法都得到了广泛地推广应用，解决了诸多实际问题，产生了很大的社会效益及经济效益。

1 高密度电法的工作原理及方法

1．1 工作原理

高密度电阻率法是常规电阻率法的一个变种，就其原理而言，与常规电阻率法完全相同，仍然以岩石、矿石的电性差异为基础，通过观测和研究人工建立的地下稳定电场的分布规律，来解决矿产资源、环境和工程地质问题。当人工向地下加载直流电流时，在地表利用相应仪器观测其电场分布，通过研究这种人工施加电场的分布规律，来达到要解决地质问题的目的，研究在施加电场的作用下，地层中传导电流的分布规律。在求解其电场分布时，理论上一般采用解析法，其电场分布满足式(1)的偏微分方程:

其中x0、y0、z0为电场点坐标;x1、y1、z1为源点坐标。当x0≠x1、y0≠y1、z0≠z1时，即只考虑无源空间时，式(1)变为拉普拉斯方程:▽2U。但是在复杂条件下，无法求得拉氏方程的解析解，因此主要是采用各种数值模拟方法。例如:二维地电模型使用点源二维有限元法，三维地电模型则使用有限差分法等来解决上述问题。

高密度电阻率法在工作时，与常规电阻率方法在原理上是一样的。电阻率的求取通过给AB极供电I，利用MN测量电位差▽V而获得。在实际中，通*过式(2)可以求得测点x处的视电阻率值。

目前的高密度电阻率法，实际上是多种排列的常规电阻率法与资料自动处理相结合的一种综合方法。

1．2 工作方法

高密度观测系统包括数据的采集和资料处理二部份，在现场测量时，只需要将全部电极设置在一定间隔的测点上，观测密度远比常规的电阻率法大，一般从1 m～10 m。采用多芯电缆连接到程控式多路电极开关上，电极开关是一种由单片机控制的电极自动转换装置，可以根据需要自动进行电极装置形式、极距及测点的转换。其野外采集示意图如图1所示。

图1 高密度电阻率法勘探系统示意图Fig．1 High-density resistivity prospecting system diagram

温纳α装置:根据电极排列特点是A、M、N、B(其中A、B为供电电极，M、N为测量电极)，AM=MN=NB为一个电极间距，A、M、N、B逐点同时向右移动，得到第一条剖面;接着AM、MN、NB增大一个电极距，A、M、N、B逐点同时向右移动，得到另一条剖面。这样不断扫描测量下去，可以得到倒梯形断面，数据图形的排列方式为倒梯形(见图2)。

高密度原始数据格式经转换后，首先对数据进行预处理，包括剔除坏数据，并对发生严重畸变的数据采用内插值方法处理;然后建立地形模型进行地形校正。正演计算时采用三种不同的方法进行正演，对比三种效果，选择最优正演结果，采用圆滑约束最小二乘法反演迭代生成反演图像。

2 工区勘探

2．1 勘察背景

西岭雪山蓄水池位于大邑县西岭镇境内，距西岭镇22 km，距大邑县城约45 km，属于龙门山南端。在地貌上属中山区～高中山区，地势南西高，北东低，起伏较大，地貌形态主要为高山及陡坡，山脊和沟谷相间发育，在地表径流侵蚀作用下，冲沟快速、强烈下切，多为“V”字型，海拔高程1 350 m～1 700 m，高差约350.00 m。为了查清工区范围内在5·12震后围岩构造发育情况，查明基岩埋深以及断层或裂隙的情况，作者对该工区开展了高密度电法勘探，取得了较好的效果，为工区修建蓄水池提供了指导依据。根据实际勘测，测得工区范围内各介质电阻率参数范围，为高密度电法勘测奠定了基础，具体数据如表1所示。

表1 工区内各介质的电阻率参数表Tab．1 The resistivity of the variousmedia in working area

2．2 测线布置

图2 温呐α数据采集图Fig．2 WNαdata collection chart

为了查明工区地下地质体的状况，结合实际情况，作者采用了温纳α装置，按由南向北的方向平行地布置了四条测线，其中间距为20m，点距为2m。对每个装置数据采集多次，并取效果比较好的一次作为最终的结果，保证了数据采集的可靠性。具体测线布置情况如图3所示。

2．3 勘察效果及解译

从图4中可以清晰地反映出所测断面电性的变化，以及不同岩性的物理特征和它形成的电性分布情况。结合钻孔揭露，可以分析得出岩性电阻率值和覆盖层、基岩地下分布情况:

图3 测线布置示意图Fig．3 Schematic layout of suvey line

(1)测线以高视电阻率为背景值，范围在40Ω·m～2 000Ω·m之间;在测线0 m～50 m，埋深在3 m～5 m，在测线70 m～170 m，埋深在6 m～8 m，视电阻率约为60Ω·m～200Ω·m，推测可能为素填土、粘土、碎石土等含水的低阻覆盖层。

(2)因基岩的含水率较低，反应出高电阻率值范围在200Ω·m～2 000Ω·m左右。

从图5中可以清晰地反映出所测断面电性变化，以及不同岩性的物理特征和它形成的电性分布情况。结合钻孔揭露，可以分析得出岩性电阻率值和覆盖层、基岩地下分布情况:

(1)测线以高视电阻率为背景值，范围在30Ω·m～2 000Ω·m之间。从图5可以看出，覆盖层厚度增加了，且含水量增大，埋深约为9 m～11 m，视电阻率约为30Ω·m～150Ω·m。

(2)在测线100 m处，开始出现向下延伸的低阻异常条带，推测其可能因断层或裂隙含水所致，视电阻率在50Ω·m～150Ω·m。

(3)埋深在10 m～20 m左右，出现视电阻率在200Ω·m～400Ω·m之间的不连续区域，推测可能为表层的高含水率侵蚀、风化基岩，而形成低视电阻率的表层破碎的基岩。

(4)因基岩的含水率较低，反应出高电阻率值范围在200Ω·m～2 000Ω·m左右。

从下页图6中可以清晰地反映出所测断面电性变化，以及不同岩性的物理特征和它形成的电性分布情况。结合钻孔揭露，可以分析得出岩性电阻率值和覆盖层、基岩地下分布情况:

(1)成果图背景视电阻率值偏低，范围在30Ω·m～1 000Ω·m左右。从图6可以看出，覆盖层厚度进一步增加，埋深约为8 m～12 m，视电阻率约为0Ω·m～150Ω·m。

图4 测线视电阻率成果图Fig．4 The results of apparent resistivity survey line

图5 测线视电阻率成果图Fig．5 The results of apparent resistivity survey line

(2)在测线100 m处开始出现向下延伸的低阻异常条带，推测其可能为断层或裂隙含水所致，视电阻率在50Ω·m～150Ω·m。

(3)埋深在10 m～20 m左右，出现视电阻率在200Ω·m～350Ω·m间的不连续区域，推测可能为表层的高含水率侵蚀、风化基岩，而形成低视电阻率的表层基岩破碎。

(4)因基岩的含水率较低，反应出高电阻率值范围在200Ω·m～2 000Ω·m左右。

从图7中可以清晰地反映出所测断面电性变化，以及不同岩性的物理特征和它形成的电性分布情况，可以分析得出岩性电阻率参数和覆盖层厚度分别为:

(1)测线以高视电阻率为背景值，范围在40Ω·m～2 000Ω·m左右。

(2)从图7可以看出，包含素填土、粘土、碎石土等含水低阻覆盖层厚度急剧减小，且含水率降低，埋深约为6 m～8 m，视电阻率约为50Ω·m～150Ω·m。

(3)在测线100 m处的断层或裂隙已经消失。

3 勘测结果与钻孔资料对比

本次高密度勘探是与钻探同时进行的。因此，得出了该工区各岩性视电阻率的对应范围，根据钻孔内岩性的深度，对高密度电法剖面岩性分层情况进行了校正，提高了工区高密度电法勘探的精度。在测线XL－3上有钻孔ZK9。根据钻孔柱状图(见下页图8)可知:覆盖层厚度在13 m左右，结果与电法成果图12 m推断结果基本吻合。

4 结论与认识

从测线XL－1～XL－4来看:

(1)通过视电阻率剖面图和钻孔资料的综合比对，确定了覆盖层(包含素填土、粘土、碎石土等含水低阻层)的视电阻率值范围在0Ω·m～200Ω·m，确定了基岩范围在200Ω·m～2 000Ω·m。覆盖层和基岩在成果图反应的视电阻率范围的差异，是高密度电法能勘察它们的重要基础。通过四条测线覆盖层的划分和综合对比分析可以看出:待建蓄水池位置处的软土覆盖层厚度，是由西向东呈现先增大后减小的凹字形分布。虽然基岩面不平整，但凹字形的地质构造，对待建蓄水池项目来说不存在大的风险。

(2)通过视电阻率剖面图，发现测线XL－2和XL－3的划分为基岩层，存在明显不同周围视电阻率值的低视电阻率条带，并有向下延伸的趋势，其宽度范围在10 m左右。对完整的基岩来说，由于孔隙率小和含水量低的特点，所以本应呈现高视电阻率范围内出现了低视电阻率条带，推测其可能为小断层或基岩裂隙含水而形成低视电阻率条带。这种不良地质体使待建的蓄水池存在较大风险，建议在该位置处加钻孔以确认(见图9)。

图6 测线视电阻率成果图Fig．6 The results of apparent resistivity survey line

图7 测线视电阻率成果图Fig．7 The results of apparent resistivity survey line

图8 CDZK9钻孔柱状图Fig．8 Drilling colum

图9 勘测成果图Fig．9 Surveying results

通过高密度电法在西岭雪山工区的应用研究，可以得出如下几点认识:

(1)通过本次勘察，基本查明了剖面段地表下20 m深度范围内覆盖层分布、构造起伏变化。

(2)通过高密度电法勘探结果，在剖面范围内发现了一条可疑断层或基岩裂隙，查明了其大概位置和走向，下延深度超过20 m，长度为20 m～60 m，方向为东西向。

(3)高密度电法与其它物探方法一样，当探测目的体与围岩存在一定的物性差异，将会取得满意的勘探效果。如在本次勘探中，覆盖层视电阻率值在30Ω·m～200Ω·m，基岩视电阻率在150Ω·m～2 000Ω·m，因其范围差异较明显，可以很好地划分覆盖层、基岩范围。

(4)高密度电法探测所得到的视电阻率断面等值图，能够直观、形象地反映出岩(土)体的电性分布形态及结构特征，不仅反映其垂直深度的变化，而且还能反映其水平范围的变化。所以高密度电法勘探既具有测深的功能，又具有剖面勘探的功能，应用范围较为广泛。

(5)高密度电法的定性与定量解释，应该结合地质资料，特别是钻探资料进行综合对比分析，从而不断提高资料解译精度。

［1]肖红跃，雷行健，雷宛．高密度电阻率法延时性勘探在地质灾害监控预警中的应用［J]．灾害学，2008，23(2):38．

［2]黄小年，肖红跃，雷宛，等．高密度电阻率法在排石场稳定性评价中的应用［J]．灾害学，2007，22(2):77．

［3]廖全涛，王建军，李成乡，等．高密度电法在滑坡调查中的应用［J]．资源环境与工程，2006，20(4):430．

［4]肖红跃，雷行健，雷宛．环境物探技术在岩溶勘查中的应用［J]．灾害学，2007，22(3):58．

［5]张胜，韩许恒，李秉强，等．高密度电法在采空区勘测中的应用［J]．灾害学，2005，20(4):64．

［6]冷元宝，黄建通，张震夏，等．堤坝隐患探测技术研究进展［J]．地球物理学进展，2003，9(18):370．

［7]阴健康，赵云胜．高密度电法在地质灾害调查和安全评价中应用研究［J]．中国安全生产科学技术，2006，2(4):84．

［8]张胜，韩许恒，李秉强，等．高密度电法在采空区勘测中的应用［J]．灾害学，2007，22(3):58．

［9]谢尚平，熊章强，易清平，等．浅层地震和高密度电法在滑坡体勘查中的应用［J]．华东理工学院学报，2004，27(4):361．

［10]姜卫方，万明浩，赵永辉，等．地质雷达在滑坡面调查中的应用及效果分析［J]．物探与化探，2000，24(3):230．

P 631.3+22

A

1001—1749(2011)02—0159—06

2010－10－22改回日期:2010－12－21

谭大龙(1983－)，男，硕士，应用地球物理专业。