高密度电法测量在哈熊沟隧道地质勘察中的应用

郑小川

（新疆有色地质勘查局地球物理探矿队 乌鲁木齐 830011）

1 地质概况

工作区地质情况简单，大部分被第四系碎石土、粉土覆盖，主要出露中早侏罗系水西沟群含煤的碎屑沉积岩，细分为八道湾组、三工河组、西山窑组，岩性有强风化的泥质粉砂岩、砂岩和中风化的粉砂岩、砂岩、砾岩。

2 探测目标地球物理前提分析

公路沿线中下侏罗系沉积地层的地电断面大致分为三层，即上覆土层，强风化砂岩、泥质粉砂岩，中风化砂岩、砾岩等，各层视电阻率具有一定的差异。

地表第四系碎石土、粉土、黄土：具有低电阻率特征，视电阻率小于60Ω·m，在断面图中一般显示为浅表厚薄不一的低阻层。

强风化泥质粉砂岩、中砂岩、粗砂岩、砾岩：电阻率稍高，电阻率值位于40～200Ω·m之间，在断面图中一般呈起伏层状的中低电阻率层。因其风化程度强弱不同，电阻率变化较大，显示为由低到高的渐变层。位于等值线过渡带较密集的部位，层位一般较薄。

中风化粉砂岩、砂岩、砾岩：中高电阻率特征，200～1500Ω·m，厚度一般较大，在断面图中显示为稀疏的中高电阻率部位。

微风化粉砂岩、砂岩：高电阻率，1500～5000Ω·m，厚度较大。

破碎带呈宽缓的低阻特征，充水后形成圈闭的极低阻特征。

工作区目标体与围岩地层的电阻率差异明显，为该区进行超高密度电法勘探工作提供了良好的地球物理前提。但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，孔隙度等等，所以通过钻孔资料的协助来对该地区的地质情况进行针对性的分析，可以显著提高解释的准确性。

3 工作布置

沿公路左线ZK52+352～ZK53+134（桩号）中轴线布置高密度电法测线，点距5米，点号自东北向西南递增。设计隧道左线剖面长度782米，为了达到最大的勘探深度，高密度观测剖面沿左线外延一定长度，观测剖面长1390米。

4 数据处理

数据整理：仪器自动将观测数据存入电脑的文件夹，后缀为WDA格式，数据处理是利用该套仪器专门配置的处理软件WDAFC.EXE进行转换。工作连续滚动数据分别存储在哈熊沟隧道1.WDA、哈熊沟隧道2.WDA、哈熊沟隧道3.WDA三个文件中，首先将三个滚动断面数据按照观测顺序合并拼接处理。

数据预处理：内业资料处理主要是对高密度电法所采集的数据进行资料预处理，本次工作采集的数据质量高，所有层都不存在突变点，可以直接进行反演处理。

数据反演：将检查完毕的数据采用高密度二维反演软件RES 2D INV进行最小二乘反演处理，由于地表覆盖层厚度变化较大，表层电阻率差异较大，反演中使用精细化单元模型，即用单位电极距的一半作为宽度的模型单元。经过反演后可以同时显示实测电阻率、正演电阻率和反演电阻率断面图，处理结果有效深度达到96米，能够满足隧道浅埋段的工程勘察目的。

5 成果解释推断

哈熊沟隧道高密度电法显示所在区域的地层一般情况可划分为三层：

表层碎石土、粉土，显示为低阻异常层，电阻率一般小于250Ω·m，厚度地表1～20米不等，为第四层黄土、粉土、砂砾石覆盖层的特征。在隧道进出口的裂隙发育带，显示为比较完整的厚大中低阻层，电阻率小于1000Ω·m，厚度大于60米，说明地层破碎，裂隙发育，属于软弱层。

浅部等值线密集变化带反映了强风化砂岩、粉砂岩地层，显示为中低电阻率，一般位于80～200Ω·m，厚度约10～30米，在次级断层及破碎带厚度增大，局部达到50米。

下伏中风化砂岩、砾岩等，显示为中高电阻率，一般大于1500Ω·m，厚度大。整个断面显示高阻层位不是很连续，说明该区地质构造运动剧烈，地层被破坏严重。

破碎带、断层与正常地层的物性差异明显，一般在强风化带内发育，部分切穿中风化沉积地层。破碎带裂隙发育，一般位于沟谷中，赋水，在高密度反演模型电阻率断面图件呈低阻“U”形状，其视电阻率值一般较低，为40Ω·m～150Ω·m，且宽度较大。

破碎带、断层与正常地层的物性差异明显，在高低阻突变带或在垂向上具有明显的过渡带，等值线密集处，一般为断层的反映。据此特征，推测在剖面存在2条断层，分别位于217米、1027米，延深大于80米。

在哈熊沟隧道进口ZK52+352位于物探剖面355米处，为一处规模较大的裂隙发育带，影响了地层稳定性；隧道出口ZK53+134位于剖面1165米处及其南北两侧120米范围内，显示为厚大的低阻层，预示该处为强风化不稳定的沉积地层，裂隙发育。

在隧道中部648～690米存在一处规模较小的破碎带，破碎层及裂隙发育带厚度达12米，位于隧道顶板上部，属于软弱区域，影响地层稳定性。

6 结论及建议

6.1 结论

本次物探工作依据不同风化程度的侏罗系地层与破碎带、断层存在的电性差异特征，运用高密度电法哈熊沟隧道左线进行勘察，取得了一定效果，合理划分了不同风化程度的砂岩、粉砂岩、砾岩地层，基本推断了剖面上破碎带、断层分布范围和埋深情况，为隧道设计施工提供了基础资料。

（1）在哈熊沟隧道公路左线发现三处较大规模的破碎带，分别位于隧道左线进口北侧、隧道出口南侧，破碎带宽度和深度较大，一般厚度10-20米，最大深度达到40米，影响地层的稳定状态。

（2）依据断面总体特征，推断次级断2处，延深超过80米，造成中风化沉积地层破碎程度较高、裂隙发育。推测断层位置及特征见表1。

表1 推断破碎带及断层统计表

（3）哈熊沟隧道整体上显示为较为完整的中高电阻率特征，说明该区中风化砂岩地层较为完整。哈熊沟隧道进口ZK52+352和隧道出口ZK53+134均为规模较大的裂隙发育带，宽度和延深均较大，影响了地层稳定性。

仅在隧道中部648～690米存在一处规模较小的破碎带，破碎层及裂隙发育带厚度达12米，位于隧道顶板上部，属于软弱区域，影响地层局部稳定性。整体上看，该条隧道地层裂隙较为发育，工程地质条件较为稳定。

6.2 建议

（1）电性场分布的复杂与未知性决定了电法勘探仅能从宏观上了解地(电性)层结构特征与异常地质体的分布状况，对于厚度较小、规模较小的地质体分辨率有限，因此，高密度电法得到的电阻率断面只能粗略地将他们划分为一层地质体。

（2）高密度电法预处理与反演处理不可能完全消除地形、场源效应对视电阻率异常形态与量值的影响，这此因素的存在将对判断异常源属性及其产状、边缘形态产生一定程度的影响，使反演深度存在一定的误差，成果利用中定性解释评价比定量解释更加准确。