高密度電法在覆蓋層勘察中的應用

張建國 嚴武平

摘? 要：高密度電法在地質勘察中有著效率高、成本低、信息豐富、效果好等優點被廣泛應用。文章簡述了高密度電法的基本原理、野外工作方法，并將該方法應用于某測區覆蓋層探測，結合鉆探資料，查明了該測區覆蓋層厚度及巖層分布規律。通過實例表明高密度電法在覆蓋層厚度勘察應用中具有有效性和實用性。

關鍵詞：高密度電法;電阻率;覆蓋層;地質勘察

中圖分類號：P631.4? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）16-0159-02

Abstract： High density resistivity method is widely used in geological exploration for its advantages of high efficiency， low cost， rich information and good effect etc. In this paper， the basic principle and field work method of high density resistivity method are briefly described， and the method is applied to the exploration of overburden in a survey area. Combined with drilling data， the overburden thickness and rock distribution law in the survey area are found out. The example shows that the high density resistivity method is effective and practical in the application of overburden thickness survey.

Keywords： high density resistivity method; electrical resistivity; overburden; geological exploration

1 概述

高密度電法是集電阻率剖面法和電阻率測深法于一體的一種多裝置、多極距的組合方法，它具有一次布極即可進行裝置數據采集以及通過求取比值參數而突出異常信息[1]，數據穩定性好，抗干擾能力強。高密度電阻率法在原理上仍屬于電阻率法的范疇，但與常規電阻率法相比，具有以下特點[2]：

（1）電極布設一次完成，減少了因電極設置而引起的故障和干擾，為野外數據的快速和自動測量奠定了基礎。

（2）能有效進行多種電極排列方式的掃描測量，因而可獲得較為豐富的關于地電斷面結構特征的地質信息。

（3）野外數據采集實現了自動化或半自動化，不僅采集速度快，而且避免了由于手工操作所出現的錯誤。

（4）可以對資料進行預處理并顯示剖面曲線狀態，脫機處理后還可以自動繪制和打印各種成果圖件。

（5）與傳統電阻率法相比，成本低、效率高、信息豐富、解釋方便、勘探能力顯著提高。

在地質勘察中，查明第四系覆蓋層厚度、風化帶的厚度與分層、基巖面埋深及其界面的起伏形態是一個基本要求。但僅采用鉆探勘察，不僅工作效率低，而且結果通常具有局限性。高密度電法由于具備上述優點，因此被廣泛應用于地質勘察中。本文通過工程實例探討高密度電法在覆蓋層厚度勘察中的實際應用效果。

2 基本原理

2.1 基本原理

高密度電法[3]是一種陳型的電阻率勘探方法，是以巖石、礦石的電性差異為基礎，研究在人工建立的地下穩定電流場作用下，地質體傳導電流的分布特征和變化規律，以便查明地質構造的一種地球物理勘探方法。高密度電法的基本原理與常規電阻率法相同，如圖1所示，在實際工作中，A、B為供電電極，M、N為測量電極，通過儀器測出電流I和MN處的電位差？犖u，電阻率按下式計算：

在實際測量中，由于地形起伏、地下介質不均勻及各向異性等原因，使得實際測得的電阻率值不是巖石的真電阻率，而是地下電性不均勻體和地形起伏的一種綜合反映，因此稱之為視電阻率[4]。供電電極間距的不同，可得到不同深度的視電阻率，通過視電阻率的分布規律，可了解物性變化[5]。

2.2 工作方法

高密度電法在地質勘察中常用排列方式有溫納排列α、偶極排列β、施倫貝謝爾排列α2、三極AMN排列或三極MNB排列，施倫貝謝爾排列在深度方向上分辨率較高，電阻率的橫向變化對其影響較小。如圖2所示，施倫貝謝爾排列的電極排列順序為A，M，N，B（其中A和B是供電電極，M和N是測量電極）。開始測量時，AM、MN、NB之間相等，為一個電極距，A、B、M、N逐點同時向右滾動，即得第一條剖面線;然后AM和NB同時增加一個電極距，但MN一直保持一個電極距，A、B、M、N逐點同時向右滾動，得到另一條剖面線;經過這種方法不停采集直至結束，最終的測量斷面為倒梯形。

3 工程實例

在實際應用中，根據勘察目的及地質情況，選用合適的裝置形式，采取合理的電極個數、電極距以及剖面數，以達到提高探測精度的目的。由于測區地形開闊平緩，接地電阻較小，為了提高深度方向的分辨率，本次裝置形式選擇施倫貝謝爾，電極間距5m，總電極數60根。圖3為該場地高密度電法反演色譜圖。

測區覆蓋層主要為第四系紅粘土，下伏基巖為灰巖。由色譜圖可以看出，電阻率在橫向上變化不大，在縱向上電阻率逐漸變高，電阻率呈現明顯的層狀結構，巖層的電阻率差異較明顯，其中覆蓋層的電阻率表現為低阻，底部相對高阻為基巖反映，覆蓋層與基巖之間存在明顯電性差異。結合地質鉆探資料，將300？贅·m左右的電性層推斷為灰巖與覆蓋層的分界線，其中覆蓋層電阻率約15？贅·m～300？贅·m，局部由于松散碎石土導致電阻率稍高，覆蓋層厚度在55m～130m段和245m處較淺，約9m，在155m～180m段最深，約20m;基巖電阻率約300？贅·m～3000？贅·m，其中完整致密灰巖電阻率大于800？贅·m左右，而強風化、巖體破碎、節理裂隙發育的灰巖電阻率約300？贅·m～800？贅·m。

4 結束語

本文結合了工程實例，說明了高密度電法在覆蓋層厚度勘察中取得了良好效果，是一種經濟、快速有效的探測方法。它兼具電剖面法和電測深法的性質，有點距小、數據采集密度大的特點，能較直觀、形象地反映基巖起伏變化，結合鉆探資料，不僅可減少鉆探工作量，還可對地下巖層進行更為準確的覆蓋層厚度和巖層劃分。

參考文獻：

[1]袁海峰，王偉.高密度電法在凍土地區查找基巖面中的應用[J].陜西建筑，2014，3：43-45.

[2]劉斌，張光保.高密度電法在隧道涌水通道勘查中的應用[J].工程地球物理學報，2012，9（6）：750-754.

[3]周俊杰.資源與工程地球物理勘探[M].北京：化學工業出版社，2017：146-147.

[4]劉國興.電法勘探原理與方法[M].北京：地質出版社，2005：15-16.

[5]劉海生.高密度電法在探測煤礦地下采空區中的應用研究[D].太原：太原理工大學，2006：14-15.