高密度电法在地质勘查中的应用

时间：2024-08-31

陈晨，王夺，高攀

(安徽省地质环境监测总站，安徽合肥 230000)

高密度电法是在常规直流电法基础上发展而来，它具有高密度(小电极距，一般1～10 m)、多道(一个排列72～120根电极)、高效(一次布设完所有电极，自动改变电极距，由浅入深自采自存)等优点。实现一次阵列布极，完成纵、横双向高分辨率二维勘探过程，既能反映地下某一深度沿水平方向岩土体的电性变化，同时又能提供地层岩性沿纵向的电性变化情况，具有低成本，高分辨率，数据信息丰富等特点，目前在金属与非金属矿产、工程地质、地质灾害检、测、岩溶洞穴景观资源等各领域得到广泛应用，解决了很多实际问题，产生极大的社会效益及经济效益。

1 高密度电法工作原理

高密度电法的基本工作原理与常规电阻率法大体相同，以岩土体的电性差异为基础，研究在施加电场的作用下，地下传导电流的变化分布规律，推断地下具有不同电性差异的地质体或构造的位置形态。

高密度电法的工作时是根据项目任务及场地条件布

设测线，在选定的测线上一次布置几十甚至上百个电极，用多芯电缆连接到高密度电法测量设备上，测量主机根据预设脚本通过多路电极转换开关将布设电极连接为所需的电极装置形式，高效测量并记录由多种不同极距组合而成的断面数据。

2 高密度电法工作装置

高密度电法野外数据采集工作中常用的电极排列形式包括：温纳排列、温纳-施伦贝尔排列、三极排列、偶极排列、以及施伦贝谢尔排列等。相比其他排列形式，温纳排列具有受旁侧干扰、地表电性不均匀体等不利因素影响小等特点，在以地质分层为主要目的勘探工作中最为行之有效。所谓温纳排列，即多种不同极距的等距对称四极装置的组合，电极排列顺序依次是：A、M、N、B，其中由电极A、B供电，电极M、N测量，AM=MN=NB=na，a为极距，随着隔离系数n由1逐渐增大，接入的4个电极的间距渐渐拉开，最终得到倒梯形的测量断面。温纳排列工作原理如图1所示。

图1 温纳排列工作原理示意图

3 高密度电法在地质勘查的应用

在安徽省某市三维城市地质调查中，为了确定调查区第四系结构分层、基岩埋深和形态以及基岩时代和岩性，开展了以高密度电法为主的物探工作。通过对采集的数据进行的综合解译，勘探效果良好，为进行城市地质环境评价等工作提供数据支撑，证明了高密度电法在地质勘查工作中实际效果好，是一种经济高效的勘查手段。

3.1 区域地质概况

调查区属扬子地层区江南地层分区，结合地质资料分析，高密度电法工作区主要地层有第四系坡积层粘土、砂卵砾石以及下伏基岩白垩系砂岩、三叠系灰岩、二叠系砂岩等。根据收集钻孔资料揭露浅部灰岩上部较风化，下部完整，为微晶结构，块状构造，节理裂隙发育，棕红色泥质充填裂隙，节理面有铁质氧化物，岩性呈柱状，较完整。

3.2 高密度剖面布设

为了完成项目任务，结合测区区域地质构造特征，综合考虑场区条件，我们布设2条高密度测线，每条测线布设192根电极，电极距为5 m，测线长955 m，大致垂直于地层走向布设。工作布置如图2。

图2 高密度电法工作布置示意图

3.3 高密度电阻率法反演结果及异常解释

结合已收集钻孔资料分析，高密度测线沿线区域地层主要表现为第四系覆盖层下伏基岩，覆盖层主要由耕植土、粉土、砾石组成，不同区域略有差异，其电学性质与地层成分有关，主要成分为耕植土、粉土时，其电阻率一般表现为相对低值，当砾石、碎石土含量较高时即表现为相对高值；下伏基岩以砂岩和灰岩为主，基岩表层风化程度较高，完整的基岩一般表现为相对高电阻率，随着风化程度增大，基岩电阻率随之变小，充水的风化壳电阻率尤小。

图3、图5分别是1线、2线反演电阻率断面图。由图可见，浅部电阻率等值线较密集带主要以100 Ω·m的等值线为界，浅表部电阻率较低，推测为第四系粘土层的电性反映，浅中部电阻率高而等值线密集，推测为第四系砾石层的电性反映，中深部电阻率值较低，推测为风化程度较高的灰岩的电性反映，100 Ω·m等值线附近即为基岩顶界面；深部电阻率等值线较密集带主要以80 Ω·m的等值线为界，上部是电阻率值较低的风化灰岩的电性反映，下部电阻率值高而等值线密集，推测为较完整二叠系砂岩的电性反映，80 Ω·m等值线附近即为三叠系灰岩与二叠系砂岩界面。1线、2线高密度电法地质剖面图见图4、图6。

图3 1线高密度电法反演断面图

图4 1线高密度电法地质剖面图

图5 2线高密度电法反演断面图

图6 2线高密度电法地质剖面图