高密度方法在覆蓋層探測中的應(yīng)用

1：引言

覆蓋層屬于第四紀(jì)各種不同成因類型沉積或堆積的松散地層，在工程建設(shè)中，覆蓋層一般是指第四紀(jì)地層。 德陽某地因新建居民樓房，初步進(jìn)行選址設(shè)計(jì)工作，但由于選址中有部分位于河灘附近，第四紀(jì)覆蓋層較厚，需要利用工程物探技術(shù)進(jìn)行覆蓋層厚度的探測。工程物探探測覆蓋層的主要方法有利用的是覆蓋層介質(zhì)的彈性波差異的淺層地震折射波法、淺層反射波法，利用電性差異的直流電法及利用電磁性差異的探地雷達(dá)法等。 本文主要講述利用直流電法中的高密度方法探測覆蓋層。

2：方法原理

① 高密度電法實(shí)現(xiàn)的物理前提是地下介質(zhì)間的導(dǎo)電性差異，主要是利用AB電極向地下供電，建立人工電場，而后在地面布置電極MN測量電位差，并讀取儀器上的視電阻率值，作為記錄。與常規(guī)電法一致。結(jié)合野外實(shí)測視電阻率值經(jīng)過專業(yè)的軟件處理分析與解釋，最終劃分地層和圈定異常等地質(zhì)信息。原理與普通電阻率法相同，高密度電法實(shí)際上是電剖面法以及電測深法的結(jié)合，所不同的是在觀測中設(shè)置了高密度的觀測點(diǎn)，是一種陣列勘探方法，得到電測深以及電剖面兩種成果圖，和一般的電法勘探比，提高了工作效率。高密度電法的使用方法是在野外測量時(shí)將所有電極（通常是100左右）全部置于剖面上，設(shè)置之后利用微機(jī)工程電測儀和程控電極轉(zhuǎn)換開關(guān)即可以實(shí)現(xiàn)剖面中自動(dòng)快速的采集不同電極排列方式數(shù)據(jù)。高密度電法與常規(guī)電法裝置相比較，高密度電法明顯優(yōu)勢是：

a：高密度電法的電極布置要求一次性完成，這樣就可以節(jié)約布置電極的時(shí)間，減少因電極設(shè)置引起的故障，從而提高電極工作效率。

b：選用不同的電極排列方式來測量的高密度電法，可以獲得地下豐富的地點(diǎn)斷面信息。

c：高密度電法資料的電阻率成像技術(shù)從一維和二維逐漸發(fā)展到三維，伴隨著的是地球物理反演方法的不斷進(jìn)步，這一進(jìn)步極大的豐富和提高了電法資料的解釋精度。

因?yàn)橐粭l剖面測點(diǎn)數(shù)是固定的， 所以， 當(dāng)極距擴(kuò)大時(shí)， 反映的不同勘探深度的測點(diǎn)數(shù)將依次減少。所以最后得到的是一個(gè)倒梯形或者倒三角形的剖面。

圖1：測量數(shù)據(jù)點(diǎn)分布

圖2：野外工作示意圖

② 高密度電法處理軟件主要從數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模式并考慮節(jié)省計(jì)算機(jī)內(nèi)存空間的條件下，基于牛頓最優(yōu)化非線性最小二乘法，進(jìn)行反演處理，高密度電法處理軟件對于大型數(shù)據(jù)組合的處理速度明顯比一般最小二乘法速度快，可以提高十倍甚至以上。數(shù)據(jù)處理采用瑞典的RES2DI高密度電阻率數(shù)據(jù)二維反演軟件，按高密度電阻率數(shù)據(jù)進(jìn)行二維反演，獲得視電阻率影像斷面，剖面成果圖，并且提供定性和定量解釋結(jié)果，極大的提高了分析解釋效果及精度。該軟件適用于溫納、偶極一偶極、單極一偶極 、二極 、斯侖貝爾多種電法極距排列方式，但是一般野外工作主要采用溫納裝置。

視電阻率剖面圖，能夠生動(dòng)、直觀地反映地下剖面的地電斷面電性。通過定性分析可確定地下地質(zhì)體的電阻率分布，達(dá)到定量推斷地電斷面，及下伏完整基巖頂板起伏形態(tài)，最終確定覆蓋層厚度。

圖3：高密度電阻率法勘探裝置示意圖

3：工區(qū)實(shí)際應(yīng)用

3.1：工區(qū)地球物理?xiàng)l件

該工區(qū)覆蓋層主要類型是以河流沖洪積含砂礫卵石為主，但因河流兩側(cè)有山巒，因此覆蓋層中含有散落巨石。后來，為在此興建民居，并有大量粘土被運(yùn)送在工區(qū)，覆蓋層成分復(fù)雜。根據(jù)鉆探揭示，主要成分為粘土占50%左右，卵石占20%左右，礫石占20%，其余為不規(guī)則巨石等。經(jīng)測定，測區(qū)覆蓋層與基巖電性上差異明顯，具備了開展高密度電法勘探的條件。

3.2：工作布置

為了查明該地區(qū)覆蓋層的厚度，按照地質(zhì)勘探的任務(wù)要求，結(jié)合現(xiàn)場地形，順著河灘方向布置了兩條測線。其中第一條測線（如圖4），測線長120M，極距2M，供電電壓180V。第二條測線（如圖5），測線長60M，極距1M，供電電壓90V。

3.3：成果分析

圖4：電阻率剖面

分析：覆蓋層電阻率與基巖電阻率差異明顯，覆蓋層厚度約為6M左右，基巖電阻率約為90?～250?，覆蓋層的電阻率約為30?左右。

圖5：電阻率剖面

分析：覆蓋層與基巖的電阻率區(qū)別明顯，覆蓋層電阻率約為30?左右，35M到48M之間電阻率值明顯高于周圍的電阻率，分析其原因是因?yàn)樵摰貐^(qū)表面覆蓋層壓實(shí)作用明顯，土壤比較致密，水分偏少，從而導(dǎo)致電阻率升高，這也與現(xiàn)場情況一直。覆蓋層厚度約為4.8M左右，基巖板頂界面曲線平穩(wěn)，基巖電阻率約為100?～200?之間。

4：結(jié)論

在該地區(qū)高密度方法探測收獲了良好的效果。高密度方法與傳統(tǒng)的電阻率方法相比，具有低成本，高效率，信息豐富，解釋方便的優(yōu)點(diǎn)，是直流電阻率法領(lǐng)域應(yīng)用很廣泛且技術(shù)較成熟的方法。

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作者簡介：鐘順飛，男，1990年出生，現(xiàn)就讀于成都理工大學(xué)，攻讀工學(xué)碩士學(xué)位，從事工程物探方面的研究。郵箱563299433@qq.comendprint