高密度電法針對垂向發育裂隙的方法選擇及反演參數調整應用

陳開銀，熊英舉

（貴州省地礦局 111 地質大隊，貴州 貴陽 550008）

1.勘探區概況

勘探區位于興義市清水河鎮聯豐村依布魯組，為溶蝕、侵蝕中低山地形地貌。覆蓋層為黃褐色粉質黏土，稍濕，中密，厚0～0.5m，下伏三疊系中統關嶺組（T2g）薄至中厚層白云巖，局部地段為厚層至塊狀結構，巖層呈水平狀產出，層間結合較好。

勘探區地下水資源稀缺，當地居民飲水困難，根據《貴州省水利建設“三大會戰”地下水開發利用（機井）工程2015年年度實施方案》，為興義市清水河鎮聯豐村依布魯組實施機井工程（找水打井），并為其提供清潔、安全的地下水水源。基于此，筆者在該區域開展高密度電法測量工作，以尋找地下水富集區域進行鉆探取水，解決當地老百姓飲水難的問題。

勘探區位于斜坡臺地上，在測區東面約兩公里有一深切谷河流發育，與測區相對高差較大，根據地形地貌及巖層產狀判斷地下水大體向東排泄，因此擬定測線沿近南北向布設，其測線布置如圖1 所示：

圖1 勘探區測線布置圖

2.方法概況

高密度電法起源于20 世紀70 年代末期的陣列電法探測思想，英國學者Johansson 博士設計的電測深系統實際上就是高密度電法的最初模式［1］。在高密度電法研究初期階段，電極排列方式主要是溫納、偶極、微分三種類型。20 世紀80 年代中期，日本成功實現了電極自動“切換裝置”，使高密度電法實現了全面自動化，但是由于整體設計不夠完善，沒有充分顯示出高密度電法的優越性。直到20 世紀9 年代，隨著電子計算機的普及和發展，其優點才被人們認可。經過20 多年的發展，高密度電法勘探能力得到明顯提高，效率大大增加并在各方面均取得了長足進展。我國地礦部門在20 世紀80 年代后期才開始對高密度電法及其應用技術進行研究，到90 年代初期，長春科技大學成功研制了由高密度工程電測儀和程控多路電極轉換器的數據自動采集系統，使該項技術在國內達到了實用化程度。其后，電極轉換開關也實現了由機械式向單片機控制的改進。現在，國內高密度電法儀電極轉換開關已具有機械式、電子式、分布智能式等多種形式，其中，多道并行分布式高密度電法系統具有中國自己的特色，達到國際先進水平。

高密度電阻率法的基本理論與傳統的電阻率法完全相同，所不同的是高密度電法在觀測中設置了較高密度的測點，現場測量時，只需將全部電極布置在一定間隔的測點上，由主機自動控制供電電極和接收電極的變化，完成測量［2］。在設計和技術實施上，高密度電法測量系統采用先進的自動控制理論和大規模集成電路，使用的電極數量多，而且電極之間可自由組合，這樣就可以提取更多的地電信息，使電法勘探能像地震勘探一樣使用多次覆蓋式的測量方式［3］。與常規電法相比，高密度電法具有以下優點：電極布設一次性完成，減少了因電極設置引起的干擾和由此帶來的測量誤差；能有效地進行多種電極排列方式的測量，從而可以獲得較豐富的關于地電結構狀態的地質信息；數據的采集和收錄全部實現了自動化或半自動化，不僅采集速度快，而且避免了由于人工操作所出現的誤差和錯誤；可以實現資料的現場實時處理和脫機處理，大大提高了電阻率法的智能化程度；可以實現多參數測量，同時觀測電阻率、極化率和自然電位，能獲取地下豐富的地電參數，從不同電性角度對地下結構進行刻畫。由此可見，高密度電阻率法是一種成本低、效率高、信息豐富、解釋方便且勘探能力顯著提高的勘探方法［4-5］。

高密度電阻率法是一種以地質目標體和圍巖介質間的電性差異為基礎進行勘探的地球物理方法。近年來，隨著其高效的工作效率及可靠的測量效果，已廣泛應用于地下水資源勘探、巖溶管道及各類工程地質勘探中。高密度電阻率法有多種電極排列方式，如溫納裝置、偶極裝置以及微分裝置等。本文以實例分析對比溫納裝置和微分裝置分別采用不同的垂向水平濾波比時在地下水勘探中的應用效果。

3.成果分析

在地質調查結果及現場地形地貌的綜合指導下本次物探測量共布設一條測線，測線長度600 m，點距10 m，分別采用溫納裝置及微分裝置進行測量，并通過改變反演參數垂向水平濾波比的大小得到4 條反演斷面圖，如下圖所示：

由圖2 的垂向水平濾波比為1 的溫納裝置反演斷面圖可知，ρ 值主要分布在50～10000Ω·M 區段內，大致呈層狀分布。縱觀整條反演斷面，沒有明顯的低阻異常體存在，表現為下伏基巖較為完整，不能確定地下水相對富水區域；

圖2 垂向水平濾波比為1 的溫納裝置反演斷面圖

由圖3 的垂向水平濾波比為1 的微分裝置反演斷面圖可知，ρ 值主要分布在50～10000Ω·M 區段內，大致呈層狀分布。縱觀整條反演斷面，同樣沒有明顯的低阻異常體存在，表現為下伏基巖較為完整，不能確定地下水相對富水區域；

圖3 垂向水平濾波比為1 的微分裝置反演斷面圖

由圖4 的垂向水平濾波比為2 的溫納裝置反演斷面圖可知，ρ 值主要分布在50～10000Ω·M 區段內，大致呈層狀分布。縱觀整條反演斷面，同樣沒有明顯的低阻異常體存在，表現為下伏基巖較為完整，不能確定地下水相對富水區域；

圖4 垂向水平濾波比為2 的溫納裝置反演斷面圖

由圖5 的垂向水平濾波比為2 的微分裝置反演斷面圖可知，ρ 值主要分布在50～10000Ω·M 區段內，大致呈層狀分布。縱觀整條反演斷面，在測線300 m（Y1-1 異常點）附近有一垂向低阻條帶發育，發育寬度較小，發育深度由淺到深向深部發育，該異常帶與圍巖體視電阻率值差異明顯，推測為垂向發育的節理裂隙，含水性較好，結合該勘探區域的地質資料及地形地貌綜合分析確定該位置為地下水相對富水區域，定為鉆井孔位。

圖5 垂向水平濾波比為2 的微分裝置反演斷面圖

由以上對圖2～5 析結果可知，當垂向水平濾波比為1 時，兩種測量裝置反演斷面形態基本相近，均表現為下伏基巖較為完整，整條斷面沒有明顯的低阻異常體存在，不能確定鉆井孔位；當垂向水平濾波比為2 時，溫納裝置反演斷面形態與垂向水平濾波比為1 時的反演斷面相類似，而微分裝置的反演斷面圖在測線300 m 附近有一垂向低阻條帶發育，與圍巖體視電阻率值差異明顯，推測為垂向發育的節理裂隙，含水性較好，該位置定為地下水鉆井孔位。經后期鉆探驗證，該垂向低阻條帶確實對應為一垂向節理裂隙發育帶，富水性較好，出水量為400 t/d，切實地解決了老百姓飲水難的問題。

4.結論與建議

筆者由此次測量結果分析認為在物探測量中微分裝置相對于溫納裝置在對垂向發育的節理裂隙具有更高的分辨率；垂向水平濾波比越大，對垂向發育的節理裂隙勘探分辨率越高。

由以上分析結果可知對于不同的目標地質體其物探方法的選定及反演經驗的積累是至關重要的，因此在實際物探測量中需要充分了解目標地質體的發育性質并設計相應的物探方法進行測量以達到事半功倍的效果，完滿地完成勘探測量任務。