高密度電法在贛江尾閭整治工程中的應用

摘要：為了探明贛江撫河下游尾閭地下構造情況，查明隱伏斷裂位置，分別布設了2條高密度電法剖面，根據電法剖面的反演結果，查明了地下地層電性結構：電性結構分層明顯，且電性層分布平緩，同時根據反演斷面結果顯示，尾閭地下未見斷層。

關鍵詞：高密度電法；地質勘查；贛江

基金項目：東華理工大學、江西省地震局“一站一中心”開放基金，編號：OGYB202003。

引言

根據江西省1∶100萬地質圖顯示，推測有兩條隱伏斷層位于贛江撫河下游尾閭附近。為了探明地下構造情況，利用不同巖性或不同時代地層的電性差異，通過高密度電法探測，得到地層電阻率參數；從地層電阻率反演斷面，可以確定地層覆蓋層厚度，得到了不同地層巖性，而且通過分析電阻率異常，可以解釋異常發育特征等。

1.高密度電法原理

高密度電阻率法（高密度電法）與傳統電阻率法具有相同的理論基礎，都是以地下巖、土導電性差異為基礎，通過預先布置特定排列形式電極，觀測研究人工建立的地下穩定電流場分布規律，主要用于水文、工程和環境地質調查（欒明龍，2013）。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能突出異常信息的特點（王樺，2004）。

高密度電法數據處理首先對少數奇變點進行圓滑處理，然后根據實際地形起伏進行改正，最后利用最小二乘法進行二維反演計算，得到電阻率反演成果圖，從而確定覆蓋層厚度，進而分析解釋異常發育特征等（肖克華，2006）。

高密度電阻率法野外測量時，只需將全部電極置于觀測剖面的各測點上，然后利用儀器自動程控的電極轉換裝置和微機工程電測儀便可實現數據的快速和自動采集（如圖1所示）。當測量結果送入微機后，對數據進行處理并反演后便可給出關于地電斷面分布的各種圖示結果（Daily W，1992；李金銘，2005；葛歡，2018）。與傳統電阻率法相比，它具有效率高、信息豐富和解釋方便等特點。

高密度電阻率法布設可以靈活組合，在1條剖面上布置一系列電極時可組合出十多種裝置，包括溫納裝置（Wennerα、Wennerβ、Wennerγ）、偶極—偶極裝置（Dipole-Dipole）、三極裝置（Pole-Dipole、Dipole-Pole）、溫納—斯倫貝格裝置（Wenner-Schlumberger）等（李龍，2015）。布設電極裝置須要根據地質條件情況，以及實際勘探深度和分辨率，從而通過不同裝置的優化組合達到提高探測精度與效果的目的（Redhaounia B，2016；陳松，2017）。

2.地質概況

根據江西水利規劃設計研究院初步鉆探成果，場地自上而下地層主要特性分別描述如下：

2.1主支象山樞紐

壤土（Q4al）、粉砂（Q4al）、淤泥質黏土（Q4al）、礫砂（Q4al）、圓礫（Q4al）、泥質粉砂巖（E1）、泥質粉砂巖（E2）。

2.2北支聯新樞紐

壤土（Q4al）、粉細砂（Q4al）、粗砂（Q4al）、中砂（Q4al）、圓礫（Q4al）、強風化泥質粉砂巖（E）、中風化泥質粉砂巖（E）。

2.3中支南新樞紐

填土（Q4）、壤土（Q4）、淤泥（Q4）、黏土（Q4）、粉細砂（Q4）、中粗砂（Q4）、礫砂（Q4）、圓礫（Q4）、礫砂（Q3）、圓礫（Q3）、泥質粉砂巖（E1）、泥質粉砂巖（E2）、泥質粉砂巖（E3）。

2.4南支吉里樞紐

素填土（Q4ml）、黏土（Q4al）、黏土（Q3al）、中砂（Q3al）、黏土（Q3al）、粉細砂（Q3al）、圓礫（Q3al）、礫砂（Q3al）、圓礫（Q3al）、礫砂（Q3al）、圓礫（Q3al）、礫砂（Q3al）、圓礫、黏土（Q3al）、泥質粉砂巖（E1）、泥質粉砂巖（E2）、泥質粉砂巖（E3）。

3數據采集與處理

為了查明地層構造，分別布設了2個工區，象山鎮工區及南新鄉東面工區，共計2條剖面，其測線長度共6.6km，點距為5m，共計1320個物理點。實際測線位置由于地形、地貌、村莊、干擾等因素的限制，象山鎮工區L1測線由2個剖面拼接而成，南新鄉東面工區L2測線由3個剖面拼接。實際布線做了適當調整，測線實際分布依照北大東大的原則分別如圖2、圖3所示。

高密度電法勘探成果的解釋與其他物探方法一樣，應以本方法的理論及實測基本圖形為基礎，以物性為前提，結合地質及其他物探方法和工作環境進行，根據最終的反演結果確定正常地層的電性范圍、對非正常電性異常進行確定和初步篩選，最終給出相應的地質解釋（Ushijima K，1998；馬瑞，2007）。

實際工作中，對于2個相鄰數據斷面重疊的部分，需要進行數據的拼接處理。在長斷面數據進行解釋時，可能存在重疊區域因處理不當壓制異常成分或造成偽異常，所以需要對重疊數據進行再處理。對于這種情況，主要的處理方法是對重疊數據取平均值，并且沿著剖面方向作五點三次平滑，從而使2個相鄰數據斷面在重疊區域能夠平滑過渡（席景昌，2011；胡承林，2011；王月，2014）。在數據處理過程中，本次對測線采取了數據拼接處理。為達到最優結果，本次所有排列均重疊一半電極。

“贛江尾閭整治工程”高密度電法勘探工作利用DUK-2A高密度電法儀和RTK測量分別獲得高密度數據和地形數據后，利用EarthImager 2D進行反演。導入測量數據后，首先進行初始參數（最小電壓值、最大重復誤差、最小與最大視電阻率、最大互易測量誤差等）的設置，剔除干擾較大的數據點，確保反演數據的質量；其次是正演參數的設置，由于反演核心是模型更新迭代過程中的正演計算，因此正演參數的設置也非常關鍵，具體包括選擇正演模擬的方法、大型方程組的計算算子、邊界條件、網格剖分、厚度遞增因子等；最后是反演參數的設置，包括迭代停止準則、最大迭代次數、最大RMS誤差、反演方法選擇等。設置好所有參數同時導入編輯好的地形文件后，進行反演工作。反演結束后便可獲得初步反演結果圖為了得到更準確的反演結果，須進一步結合地質、鉆孔等資料進行約束反演。

L1測線反演斷面圖見圖4，L2測線反演斷面圖見圖5。

4.成果分析

4.1 L1電法剖面

L1測線位于象山鎮東側，場地屬于鄱陽湖盆地地貌。測線基本布設于農田，部分測點橫穿河溝。測線所在區域地勢平坦，遠離工業和民用電干擾。該測線采用溫納裝置進行測量，反演結果較好地擬合了觀測數據。RMS=6.3%，反演結果可靠。

L1測線高密度電阻率反演斷面（圖4），整體上看電性結構分層明顯，且電性層分布平緩；測線范圍內，未顯示有斷裂通過；結合區域內已有的鉆孔資料，推測表層低阻為壤土及淤泥質黏土層，中間相對高阻為砂層及礫石層，高阻層底部的相對低阻反映推測可能為泥質粉砂巖層。200m～250m及650m處底部反映相對低阻，此處無相關地質資料和鉆孔資料，巖層裂隙較發育，推測該處為小型的溶隙、溶孔，實際情況需有鉆孔資料印證。3100m后表層反映高阻，是由于測線已布設于贛江江灘，表層為松散沙地，電阻較大，結合附近鉆孔資料，分層與高密度電法斷面所揭示特性一致，符合實際情況。

4.2 L2電法剖面

L2測線位于南新鄉東房河下附近。測線由北往南測量，在900m處測線進入大視里村。受高壓干擾，為獲得高質量數據，二段測線向西平偏。測線基本布設于農田，部分測點橫穿河溝、道路。測線所在區域地勢平坦。該測線采用溫納裝置進行測量，反演結果較好地擬合了觀測數據。RMS=8.6%，反演結果可靠。

L2測線高密度電阻率反演斷面（圖5），整體上看電性結構分層性好，結合區域內已有的鉆孔資料，高密度電法勘探深度范圍內地層可分為3層，第1層為壤土及淤泥質黏土層，厚度約8m左右，屬于透水層，受地表降水的影響，含水量較豐富，電阻率剖面上表現為相對低阻；第2層為砂層及礫石層地層，厚度約30m左右，電阻率剖面上表現為相對高阻；第3層相對低阻反映推測可能為泥質粉砂巖層，由于泥質粉砂巖導電性相對礫砂層較強，電祖率相對低阻。整體測線長度范圍內，場地基巖電阻連續展布，反演斷面未見斷層顯示。

5.結論

地層之間的電阻率差異為開展高密度電法探查提供了勘探條件。本次根據兩條高密度電法剖面的反演結果，揭示了贛江撫河下游尾閭地下地層電性結構，電性結構分層明顯，且電性層分布平緩。同時根據反演斷面結果顯示，尾閭地下未見斷層發育。

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