王 強(qiáng)，王 亮

(1.黑龍江省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱150080;2.中國葛洲壩集團(tuán)第三工程有限公司，湖北 宜昌443002)

1 超高密度電法的基本原理與裝置形式

1.1 超高密度電法的基本原理

超高密度電阻率法基本原理和常規(guī)電法相同，以巖石的導(dǎo)電性差異為基礎(chǔ)，當(dāng)從地面或井下供電電極通入地下穩(wěn)定電流，流經(jīng)不同的巖土體、礦體和地質(zhì)構(gòu)造時(shí)，在地表或井中觀測到的電流場將發(fā)生變化。通過對人工地下電流場的分布規(guī)律進(jìn)行觀測和研究，可以推斷出巖土體中是否存在礦體或構(gòu)造等異常，從而達(dá)到解決地質(zhì)問題的目的［1］。

1.2 超高密度電法的裝置形式

常規(guī)電法是可以采用任意形式的電極排列來進(jìn)行，即在地表任意兩點(diǎn)(A、B)供電，然后在任意兩點(diǎn)(M、N)來測量其間的電位差，通過一系列計(jì)算得出巖土體視電阻率。目前工程中常用的裝置形式主要有溫納裝置、斯龍貝格裝置、雙邊三極和二極裝置。常規(guī)電法通常是采用其中一種方法采集，一般可采集到1 000多個(gè)數(shù)據(jù)。超高密度電法打破了常規(guī)電法勘探中數(shù)據(jù)采集方式的限制，而采用自由無限制的任何四極的組合方式來采集數(shù)據(jù)，可采集到6 萬多個(gè)數(shù)據(jù)，大大提高了反演結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。

超高密度電阻率法的數(shù)據(jù)采集過程全部自動(dòng)化。程序自動(dòng)將每個(gè)排列的64 個(gè)電極分為奇數(shù)組32 個(gè)(1、3、5、……61、63)和偶數(shù)組32 個(gè)(2、4、6、……62、64)兩組，然后在這兩組電極中各選取一個(gè)作為供電電極A 和B，在一次通電過程中同時(shí)測量其它電極相對于某一電極M 的電位差，見圖1。就可得到61 個(gè)電位差(MN1、MN2、MN3……MN60、MN61)數(shù)據(jù)。而奇數(shù)組32 個(gè)電極和偶數(shù)組32 個(gè)電極互相配對(即全排列)做供電電極，即做一個(gè)排列就有32×32=1024 次供斷電過程，每次供電可同時(shí)采集61 個(gè)電位差數(shù)據(jù)，總數(shù)據(jù)量為32×32×61=62462 個(gè)。

圖1 電極供電及采集方式

2 工程概況

哈爾濱市平房區(qū)東部地下水資源缺乏，為解決當(dāng)?shù)鼐用裆a(chǎn)、生活用水，尋找適宜的用水水源。根據(jù)業(yè)主提出的用水方案，對平房區(qū)東部地下水資源進(jìn)行工程物探勘察。

平房區(qū)地下水資源勘察范圍為平房區(qū)東部西起黎明村東至哈達(dá)村、北起黎明村南至柳條屯，勘察范圍約10 km2。

3 測線布置及數(shù)據(jù)采集處理流程

3.1 測線布置

本次工作區(qū)約10 km2，大致呈矩形，東西長約1.5 km，南北長7 km。在測區(qū)內(nèi)布置7 條測線，南北方向約間隔1 km 布置一條測線，測線長1.2 ～2.7 km。共計(jì)完成測線7 條，測線總長度11.92 km，測線位置由測量人員定位及留標(biāo)。

3.2 數(shù)據(jù)采集處理流程

采用儀器為澳大利亞ZZ Resistivity Imaging 研發(fā)中心研制的FlashRES 64 多通道超高密度直流電法儀。采集時(shí)每個(gè)斷面電極總數(shù)64 根，電極間距10 m，每個(gè)斷面630 m，觀測深度可達(dá)200 m，觀測時(shí)間約為60 min。

數(shù)據(jù)處理首先要剔除一些干擾非值、地形校正等，然后將采集到的數(shù)據(jù)通過軟件還原為模型的電阻率分布情況，稱之為反演。數(shù)據(jù)處理流程見圖2。

圖2 數(shù)據(jù)處理流程圖

4 資料解釋

由于文章篇幅有限，僅選取了部分具有代表性反演剖面圖進(jìn)行解釋說明。

如圖3、4 超高密度電阻率反演剖面圖所示，位于A 測線150m ～600m、900m ～1230，深度在50m ～90m，B 測線150m ～500m，深度在40m ～80m，在存在3 處連續(xù)的相對高阻區(qū)域，推測為含水細(xì)砂、中砂，為可能存在的含水區(qū)域。其他電阻率較低部分，地表推測為粉質(zhì)黏土，深部推測為泥砂巖，為不含地下水或貧水區(qū)。

圖3 測線A—A’超高密度電阻率反演剖面圖(0m ～2490m)

圖4 測線B—B’超高密度電阻率反演剖面圖(0m ～930m)

如圖5 超高密度電阻率反演剖面圖所示，位于D測線500m ～570m，深度在30m ～80m，存在1 處相對高阻區(qū)域，為可能存在的含水區(qū)域，但是難以形成穩(wěn)定連續(xù)區(qū)域，推測不含地下水或貧水區(qū);其他電阻率較低部分，地表推測為粉質(zhì)黏土，深部推測為泥砂巖，為不含地下水或貧水區(qū)。

圖5 測線D—D’超高密度電阻率反演剖面圖(0m ～1300m)

綜合7 條測線進(jìn)行對比，測區(qū)內(nèi)大部分為貧水區(qū)，不具備開采淺層地下水條件。僅在測區(qū)西北部分，哈達(dá)村哈達(dá)屯及新盛屯西北1.2 km2范圍內(nèi)存在開采地下水可能，且水量不豐富。后期經(jīng)過鉆孔、抽水驗(yàn)證，超高密度電法結(jié)果準(zhǔn)確，滿足任務(wù)需要。

5 結(jié) 論

超高密度電法實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集的智能化，采集數(shù)據(jù)量更大，反演結(jié)果精度更高。該方法用于地下水探測，大大降低了工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度，工作效率高，取得了良好效果。

［1］黃杰，鐘韜，馬文德.超高密度電法在追索破碎帶中的應(yīng)用［J］.物探化探計(jì)算技術(shù)，2009，31(06):586－589.