跨孔电阻率层析成像在孤石探测中的应用

王国方 肖开乐

摘 要：跨孔电阻率层析成像是通过在两钻孔中分别放入一定数量的电极，观测两孔间电流、电压数据，通过反演获得两井间电阻率分布断面图，分析不同岩土介质与电阻率之间的对应关系，进行地质信息解释，进而达到工程勘探目的。它不仅解决了孔与孔之间的电阻率问题，而且对场地要求较低施工方便。通过对深圳地铁欢乐海岸孤石的大小和范围进行探测，充分证明该方法在解决此类工程问题上的有效性和准确性。

关键词：跨孔；电阻率；层析成像；孤石

中图分类号：TB 文献标识码：A doi：10.19311/j.cnki.16723198.2017.21.106

1 引言

岩石在风化营力的作用下，其结构、成分和性质已产生不同程度的变异，应定名為风化岩。根据风化程度的不同划分为全、强、中、微四类。已完全风化成土而未经搬运的应定名为残积土。孤石是残留于风化岩体中，多为中-微风化状，周围岩体多为全风化状，主要是不均匀风化的产物（如花岗岩的球状风化）。孤石是独立存在的，一般处的位置不高；块石主要为坡洪积、崩积、滑坡堆积、倒石锥等形成，粒径大于20cm的颗粒含量超过50%。在进行城市基础设施的修建前必须予以查明。本文针对深圳地铁欢乐海岸修建前期，采用跨孔电阻率层析成像对有孤石区域进行检测，得出多条视电阻率剖面图，分析判断孤石的大小以及范围。

2 跨孔电阻率层析成像的基本原理

直流电法是通过地面或井下的两个供电电极（一正一负）向地下注入稳定电流，形成一个稳定电流场，由于岩矿体和地质异常存在电性差异，在地表或井下观测到的电流场分布将会不同，通过直流电法仪记录相关参数，求取视电阻率，根据电阻率的变化来判断地下的地质异常。

而跨孔电阻率层析成像是以岩矿石的电性差异为基础，在两钻孔中分别放入一定数量的电极，观测两孔间电流、电压数据，通过反演获得两井间电阻率分布断面图，分析不同岩土介质与电阻率之间的对应关系，进行地质信息解释，进而达到工程勘探的目的。

3 野外施工

3.1 野外施工设计

孤石探测共分为三个区域，分别为ZK70区域、ZK62区域和ZK67区域。由于回填土比较松散含水性较差和PVC管高阻导致电流屏蔽较为严重，采集数据量比较少，导致以下三个区域探测时，浅部（0-5米）的反演结果失真。跨孔电阻率层析成像法采集数据时，需要有钻孔方能进行。而钻孔实际上是会改变其周围介质的视电阻率性质，因此在下面的视电阻率剖面中，靠近钻孔的数据与中部数据会有差异。

3.2 数据采集

本次使用的仪器是由澳大利亚研发的FlashRES UNIVERSA系统。该仪器具有采集数据过程自动化程度高，数据量大的特点，经多项工程探测实践证明，探测效果理想，准确度较高。

按照仪器的工作方式进行测线放置，对已知采空区的地方进行试验工作，根据试验数据设定工作参数，本次数据采集的具体参数为，采集供电电压120v，供电时间3s，电极全排列组合供电，剩余电极多通道采集。

4 数据处理、解释与成图

4.1 数据处理

FlashRES 64多通道超高密度地面/井地/井井直流电法勘探系统的数据处理是利用该套仪器专门配置的处理软件FlashRES 64进行处理，处理结果的输出为Surfer能够直接调用的grd格式的文件，再用Surfer绘制的该剖面的真电阻率剖面图，最后利用该真电阻率剖面图结合地质及其它物探方法的资料进行综合解释工作。

4.2 解释

孤石其介质成分主要是花岗岩，应在图上表现为相对高阻异常，另外由于孤石是一个孤立体，故在视电阻率剖面上表现为一个闭合曲线。由于各种介质的电阻率除本身的电性特征外，还受多种外界因素的影响，如湿度，温度，密实度，地下水矿化程度和在施工中其它钻孔继续施工作业，还有周围高压电的影响，而不同岩性在不同的情况下可能导致相同的电性曲线，这使得本方法在解译时很难给出一个确定的视电阻率判释数值。根据在探测区探测的情况，我们认为孤石的视电阻率值应在30欧姆·米以上。

4.3 成果图

ZK70区域测线布置见图1。图2和图3分别为通过对ZK70-1（ZK16）与ZK70-3（ZK17）和ZK70-2（ZK18）与ZK70-4（ZK19）进行跨孔电阻率成像得到的视电阻率剖面图和相应的地质推断图。在地质推断图中浅蓝虚线表示推断地下水位大约在地表以下1.4米，红线表示推断填土与淤泥的分界面，绿线表示推断淤泥与残积土的分界面，蓝线表示推断残积土与花岗岩（基岩）的分界面，红圈表示推断孤石的位置。

在图3中深度1-2米和图2深度3-6米处的高阻异常体，我们推测是由于回填土比较松散含水性较差或PVC管高阻导致电流屏蔽较为严重，采集数据量比较少，反演结果失真导致的。在图2深度9-15米和图3深度14-16米出现高阻异常区，该高阻异常区的视电阻率值在35欧姆·米，我们推测是由于残积土中的碎石造成的。图2和图3中深度8-14米处出现低阻区域，该区域的电阻率值范围是0-10欧姆·米，推测是由于残积土的含水（海水的电阻率很低）比较大造成的。在图2视电阻率剖面图的横坐标2-4米、深度约19米到21米处和图3的2-4米、深度约19米到21米处的视电阻率值都大于45欧姆·米，我们推测这两处的高阻异常区是较完整的基岩或孤石，在视电阻率剖面图中用红圈表示，在孤石位置平面图（图4）中用阴影表示孤石或完整基岩的分布范围。

与ZK70的成图方法相同，分别得到ZK67和ZK62的孤石位置平面图，用图5和图6表示。

5 结论

通过跨孔电阻率层析成像探测，发现在图1所示的三个分测区内皆存有孤石。具体如下：

（1）ZK70处孤石的位置如图4所示。在ZK70-1与ZK70-3测线距（ZK70-1）2米到4米和ZK70-2与ZK70-4测线距（ZK70-2）2米到3.8米之间的区域，其深度大约在18-21米处。

（2）ZK67处孤石的位置如图5所示。在ZK67-3与ZK67-5测线距（ZK67-3）2.8米到4.8米和ZK67-4与ZK67-6测线距（ZK67-4）3米到4.8米之间的区域，还有ZK67-4与ZK67-5测线距（ZK67-4）1.5米到3米之间的区域，其深度大约在20-24米处。

（3）ZK62处孤石的位置如图6所示。在ZK62-1与ZK62-3测线距（ZK62-1）1.8米到4米和ZK62-2与ZK62-4测线距（ZK62-2）2.8米到5.8米之间的区域，还有ZK62-1与ZK62-2测线距（ZK62-1）2米到3.5米之间的区域，其深度大约在18-22米处。

参考文献

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