高密度電法測量在哈熊溝隧道地質勘察中的應用

鄭小川

（新疆有色地質勘查局地球物理探礦隊 烏魯木齊 830011）

1 地質概況

工作區地質情況簡單，大部分被第四系碎石土、粉土覆蓋，主要出露中早侏羅系水西溝群含煤的碎屑沉積巖，細分為八道灣組、三工河組、西山窯組，巖性有強風化的泥質粉砂巖、砂巖和中風化的粉砂巖、砂巖、礫巖。

2 探測目標地球物理前提分析

公路沿線中下侏羅系沉積地層的地電斷面大致分為三層，即上覆土層，強風化砂巖、泥質粉砂巖，中風化砂巖、礫巖等，各層視電阻率具有一定的差異。

地表第四系碎石土、粉土、黃土：具有低電阻率特征，視電阻率小于60Ω·m，在斷面圖中一般顯示為淺表厚薄不一的低阻層。

強風化泥質粉砂巖、中砂巖、粗砂巖、礫巖：電阻率稍高，電阻率值位于40～200Ω·m之間，在斷面圖中一般呈起伏層狀的中低電阻率層。因其風化程度強弱不同，電阻率變化較大，顯示為由低到高的漸變層。位于等值線過渡帶較密集的部位，層位一般較薄。

中風化粉砂巖、砂巖、礫巖：中高電阻率特征，200～1500Ω·m，厚度一般較大，在斷面圖中顯示為稀疏的中高電阻率部位。

微風化粉砂巖、砂巖：高電阻率，1500～5000Ω·m，厚度較大。

破碎帶呈寬緩的低阻特征，充水后形成圈閉的極低阻特征。

工作區目標體與圍巖地層的電阻率差異明顯，為該區進行超高密度電法勘探工作提供了良好的地球物理前提。但由于各種介質的電阻率除本身的電性特征外，還受多種外界因素的影響，如濕度，溫度，孔隙度等等，所以通過鉆孔資料的協助來對該地區的地質情況進行針對性的分析，可以顯著提高解釋的準確性。

3 工作布置

沿公路左線ZK52+352～ZK53+134（樁號）中軸線布置高密度電法測線，點距5米，點號自東北向西南遞增。設計隧道左線剖面長度782米，為了達到最大的勘探深度，高密度觀測剖面沿左線外延一定長度，觀測剖面長1390米。

4 數據處理

數據整理：儀器自動將觀測數據存入電腦的文件夾，后綴為WDA格式，數據處理是利用該套儀器專門配置的處理軟件WDAFC.EXE進行轉換。工作連續滾動數據分別存儲在哈熊溝隧道1.WDA、哈熊溝隧道2.WDA、哈熊溝隧道3.WDA三個文件中，首先將三個滾動斷面數據按照觀測順序合并拼接處理。

數據預處理：內業資料處理主要是對高密度電法所采集的數據進行資料預處理，本次工作采集的數據質量高，所有層都不存在突變點，可以直接進行反演處理。

數據反演：將檢查完畢的數據采用高密度二維反演軟件RES 2D INV進行最小二乘反演處理，由于地表覆蓋層厚度變化較大，表層電阻率差異較大，反演中使用精細化單元模型，即用單位電極距的一半作為寬度的模型單元。經過反演后可以同時顯示實測電阻率、正演電阻率和反演電阻率斷面圖，處理結果有效深度達到96米，能夠滿足隧道淺埋段的工程勘察目的。

5 成果解釋推斷

哈熊溝隧道高密度電法顯示所在區域的地層一般情況可劃分為三層：

表層碎石土、粉土，顯示為低阻異常層，電阻率一般小于250Ω·m，厚度地表1～20米不等，為第四層黃土、粉土、砂礫石覆蓋層的特征。在隧道進出口的裂隙發育帶，顯示為比較完整的厚大中低阻層，電阻率小于1000Ω·m，厚度大于60米，說明地層破碎，裂隙發育，屬于軟弱層。

淺部等值線密集變化帶反映了強風化砂巖、粉砂巖地層，顯示為中低電阻率，一般位于80～200Ω·m，厚度約10～30米，在次級斷層及破碎帶厚度增大，局部達到50米。

下伏中風化砂巖、礫巖等，顯示為中高電阻率，一般大于1500Ω·m，厚度大。整個斷面顯示高阻層位不是很連續，說明該區地質構造運動劇烈，地層被破壞嚴重。

破碎帶、斷層與正常地層的物性差異明顯，一般在強風化帶內發育，部分切穿中風化沉積地層。破碎帶裂隙發育，一般位于溝谷中，賦水，在高密度反演模型電阻率斷面圖件呈低阻“U”形狀，其視電阻率值一般較低，為40Ω·m～150Ω·m，且寬度較大。

破碎帶、斷層與正常地層的物性差異明顯，在高低阻突變帶或在垂向上具有明顯的過渡帶，等值線密集處，一般為斷層的反映。據此特征，推測在剖面存在2條斷層，分別位于217米、1027米，延深大于80米。

在哈熊溝隧道進口ZK52+352位于物探剖面355米處，為一處規模較大的裂隙發育帶，影響了地層穩定性；隧道出口ZK53+134位于剖面1165米處及其南北兩側120米范圍內，顯示為厚大的低阻層，預示該處為強風化不穩定的沉積地層，裂隙發育。

在隧道中部648～690米存在一處規模較小的破碎帶，破碎層及裂隙發育帶厚度達12米，位于隧道頂板上部，屬于軟弱區域，影響地層穩定性。

6 結論及建議

6.1 結論

本次物探工作依據不同風化程度的侏羅系地層與破碎帶、斷層存在的電性差異特征，運用高密度電法哈熊溝隧道左線進行勘察，取得了一定效果，合理劃分了不同風化程度的砂巖、粉砂巖、礫巖地層，基本推斷了剖面上破碎帶、斷層分布范圍和埋深情況，為隧道設計施工提供了基礎資料。

（1）在哈熊溝隧道公路左線發現三處較大規模的破碎帶，分別位于隧道左線進口北側、隧道出口南側，破碎帶寬度和深度較大，一般厚度10-20米，最大深度達到40米，影響地層的穩定狀態。

（2）依據斷面總體特征，推斷次級斷2處，延深超過80米，造成中風化沉積地層破碎程度較高、裂隙發育。推測斷層位置及特征見表1。

表1 推斷破碎帶及斷層統計表

（3）哈熊溝隧道整體上顯示為較為完整的中高電阻率特征，說明該區中風化砂巖地層較為完整。哈熊溝隧道進口ZK52+352和隧道出口ZK53+134均為規模較大的裂隙發育帶，寬度和延深均較大，影響了地層穩定性。

僅在隧道中部648～690米存在一處規模較小的破碎帶，破碎層及裂隙發育帶厚度達12米，位于隧道頂板上部，屬于軟弱區域，影響地層局部穩定性。整體上看，該條隧道地層裂隙較為發育，工程地質條件較為穩定。

6.2 建議

（1）電性場分布的復雜與未知性決定了電法勘探僅能從宏觀上了解地(電性)層結構特征與異常地質體的分布狀況，對于厚度較小、規模較小的地質體分辨率有限，因此，高密度電法得到的電阻率斷面只能粗略地將他們劃分為一層地質體。

（2）高密度電法預處理與反演處理不可能完全消除地形、場源效應對視電阻率異常形態與量值的影響，這此因素的存在將對判斷異常源屬性及其產狀、邊緣形態產生一定程度的影響，使反演深度存在一定的誤差，成果利用中定性解釋評價比定量解釋更加準確。