宋耀輝

（貴州新生代建材地質(zhì)工程勘察院有限公司 貴州貴陽(yáng) 550008）

引言

南水北調(diào)工程中有許多隧道工程，物探作為一種經(jīng)濟(jì)快速的方法在隧道的勘察中具有重要作用，可查明覆蓋層厚度、下伏基巖而埋深及起伏形態(tài)、構(gòu)造破碎帶等不良地質(zhì)體的規(guī)模位置等，為隧道設(shè)計(jì)施工提供必要依據(jù)[1～2]。

對(duì)于隧道深度達(dá)到一定程度的大型工程來(lái)說(shuō)，為保證埋設(shè)施工的準(zhǔn)確性，則可以采取用音頻大地電磁法進(jìn)行地形、地質(zhì)勘測(cè)，也可以利用可控源大地電磁法進(jìn)行復(fù)驗(yàn)[3～4]，相比較來(lái)說(shuō)，大地電磁法并不適用于深度較淺的隧道勘察，分辨率的降低將使得工程施工存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，相對(duì)效果較好的地震法卻需要大量的成本投入，且無(wú)法應(yīng)對(duì)多山地區(qū)隧道勘驗(yàn)，因此，在一定深度的隧道施工勘驗(yàn)方面，高密度電法有著更為廣闊的適用范圍[5]。

本文以南水北調(diào)水利工程中的隧道施工項(xiàng)目為研究對(duì)象，分析高密度電法在實(shí)際使用中的技巧與注意事項(xiàng)，在數(shù)據(jù)的支撐下，能夠?qū)χ写笊疃瓤彬?yàn)過(guò)程中的低阻異常區(qū)域進(jìn)行鎖定，明確地質(zhì)異常的具體因素，為后期隧道施工工藝的設(shè)計(jì)與調(diào)整提供依據(jù)。

1 高密度電法簡(jiǎn)介

1.1 方法原理

所謂高密度電阻率法，是指利用物體的導(dǎo)電性差異，在人工施加穩(wěn)定電流作用的情況下，獲取不同區(qū)域電流數(shù)據(jù)的變化情況，以此作為評(píng)估地下相關(guān)情況的依據(jù)[6]。近幾十年來(lái)，高密度電阻率法在大量工程中的實(shí)踐應(yīng)用表明，該方法在判定地質(zhì)情況方面有著較高的準(zhǔn)確率，對(duì)區(qū)域地下資源開發(fā)、工程建設(shè)施工有著重要的作用[7～8]。

1.2 測(cè)量裝置

此次針對(duì)中大深度地質(zhì)勘驗(yàn)的數(shù)據(jù)采集實(shí)驗(yàn)電壓為300V，在確保安全的情況下，采取單邊三電極排列的形式，相鄰電極的最小距離應(yīng)≥5m。此設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)變斷面地質(zhì)結(jié)構(gòu)的連續(xù)勘測(cè)，在實(shí)際測(cè)量過(guò)程中，B點(diǎn)相對(duì)于A點(diǎn)距離無(wú)窮大，在N、M保持固定的情況下，隨著A點(diǎn)的移動(dòng)，由左至右進(jìn)行直線連續(xù)測(cè)量；然后，N、M、A同時(shí)在這一直線上向右移動(dòng)一個(gè)電極的位置，同樣保持N、M不動(dòng)，繼續(xù)移動(dòng)A點(diǎn)，由左至右進(jìn)行直線連續(xù)測(cè)量，經(jīng)過(guò)多次重復(fù)測(cè)量，得到測(cè)量區(qū)域的矩形斷面。具體過(guò)程如圖1所示。

圖1 三極觀測(cè)系統(tǒng)示意圖

2 區(qū)域地質(zhì)地球物理特征

2.1 區(qū)域構(gòu)造

工程區(qū)大地構(gòu)造單元位于中朝準(zhǔn)地臺(tái)內(nèi)的汾渭斷陷盆地及秦嶺褶皺系內(nèi)的北秦嶺褶皺系。區(qū)內(nèi)主要構(gòu)造有：口鎮(zhèn)-官池?cái)嗔褞?、關(guān)中北山山前斷裂、新集川-岐山-啞柏?cái)嗔?、八?虢鎮(zhèn)-鐵爐子-三要斷裂、油房溝-皇臺(tái)斷裂、唐藏-商南斷裂。地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境復(fù)雜，屬區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性較差的地區(qū)。

2.2 地層

工程區(qū)主要跨越中低山、渭河斷陷盆地及黃土臺(tái)塬三大地貌單元。主要出露太古界太華群、前震旦系寬坪群變質(zhì)巖、燕山期花崗巖、第三系沉積巖及第四系松散堆積層。

2.3 巖性

此次隧道施工工程的位置在秦嶺北側(cè)山麓，特殊的地質(zhì)結(jié)構(gòu)導(dǎo)致該區(qū)域存在大量的花崗巖，除此之外，在秦嶺主脊位置還存在著一定區(qū)域的混合巖類巖石，在長(zhǎng)期的物理和化學(xué)作用下，形成了組成較為復(fù)雜的混合花崗巖石，因此，這也不難解釋勘驗(yàn)區(qū)域內(nèi)的花崗巖類型呈現(xiàn)出明顯的時(shí)空分布規(guī)律?？傮w來(lái)看，秦嶺地區(qū)的長(zhǎng)期地質(zhì)遷移方向?qū)儆谖鲝?qiáng)東弱的形式，秦嶺北段的侵入活動(dòng)較為明顯。經(jīng)過(guò)多次反復(fù)測(cè)量之后，該地區(qū)巖石電阻率的結(jié)果如表1所示。

表1 幾種巖石電阻率值的分布范圍

根據(jù)表1的內(nèi)容可以發(fā)現(xiàn)，其中電阻率較高的巖石為火成巖，位于第三系沉積巖的軟頁(yè)巖、硬頁(yè)巖、砂巖電阻率偏低，基于這一特點(diǎn)的存在，使得高密度電法能夠在此次地質(zhì)勘驗(yàn)中使用，并將得到較為準(zhǔn)確的勘驗(yàn)結(jié)果。

3 資料處理結(jié)果及解釋

以明流方案9#隧洞-175～350m受水區(qū)（圖2）與耿峪河3200～3700m受水區(qū)（圖3）為說(shuō)明對(duì)象，在該段布設(shè)了高密度電法剖面。為確保勘驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，在確定剖面時(shí)，將其位置設(shè)定為第四系松散層，該區(qū)域巖石電阻率偏低，多為碎石壤土，且以下位置基巖的導(dǎo)電率偏低，有利于地質(zhì)勘驗(yàn)工作的開展。

3.1 9#隧洞0-150-0+350受水區(qū)電阻率剖面解釋

根據(jù)實(shí)地勘驗(yàn)的結(jié)果，該區(qū)域地表淺層多以洪積推機(jī)物為主，其中包含一定數(shù)量的卵石，層系導(dǎo)電率較高，以花崗巖為主要成分的基石起到了絕緣的效果，從勘測(cè)數(shù)據(jù)的縱向剖面圖2（a）可以看出，隨著勘驗(yàn)深度的增加，電阻率也在隨之增加，基于地表淺層中的卵石因素影響，淺層電阻率也會(huì)出現(xiàn)陡增的現(xiàn)象，這一情況對(duì)實(shí)際勘測(cè)并無(wú)較大影響，較明顯地反映了基巖上覆松散卵石層電性特征；樁號(hào)-175～-150m、-40～-10m、75～110m、170～220m、325～350m 處有多個(gè)低阻異常分布，電阻率值在100Ω·m以下，根據(jù)異常特征推斷認(rèn)為，低阻異常區(qū)為巖層裂隙發(fā)育區(qū)域，其富水性較好。將分界線確定為電阻率有低變高的梯度帶上，水位線確定為表層電阻率降低的梯度帶上，解釋圖見圖2（b）。

圖2 9#隧洞-175～350m高密度電法剖面圖

3.2 耿峪河3200～3700m受水區(qū)電阻率剖面解釋

解釋同上，樁號(hào) 3225～3290m、3400～-3520m、3600～3700m 處有多個(gè)低阻異常分布，電阻率值在100Ω·m以下，根據(jù)異常特征推斷認(rèn)為，低阻異常區(qū)為巖層裂隙發(fā)育區(qū)域，其富水性較好。將地層分界線確定為電阻率有小變大的梯度帶上，水位線確定為表層電阻率降低的梯度帶上，解釋圖見圖 3（b）。

圖3 耿峪河3200～3700m高密度電法剖面圖

在后期使用鉆探法驗(yàn)證，其結(jié)果跟物探推斷成果吻合。

4 結(jié)論

運(yùn)用高密度電法，較好地反映了隧道巖分布，構(gòu)造破碎帶、富水帶及巖溶的分布，并在后期的鉆孔得到驗(yàn)證，為隧道的進(jìn)一步勘察設(shè)計(jì)提供了可靠的依據(jù)，說(shuō)明高密度電法在隧道不良地質(zhì)體勘察中具有較大的優(yōu)越性。

在隧道勘察中，合理運(yùn)用高密度電法，有效的降低了鉆探的盲目性，提高了工作效率，降低了勘探成本。

由于高密度電法是對(duì)地下介質(zhì)的綜合反映，加之電阻率的影響因素眾多，再加上地質(zhì)因素的復(fù)雜性和地球物理解釋的多解性，推測(cè)結(jié)果可能與實(shí)際有所偏差，因此在隧道勘察中應(yīng)結(jié)合多種勘察手段，可以有效提高勘探精度，但作為一種快速，經(jīng)濟(jì)的勘探方法，高密度電法在隧道勘察中可以進(jìn)一步推廣。

[1]李銀真.高密度電阻率法物探技術(shù)及其應(yīng)用研究[D].阜新：遼寧工程技術(shù)大學(xué)，2006.

[2]鄧居智，李紅星，楊海燕，等.高頻大地電磁法在長(zhǎng)深隧道勘察中的應(yīng)用研究[J].工程勘察，2010（9）：85～89.

[3]趙虎，王玲輝，李瑞，等.2014大電磁測(cè)深法在高原特長(zhǎng)隧道勘查應(yīng)用研究[J].地球物理學(xué)進(jìn)展，29（5）：2472～2478.

[4]陳玉玲，韓凱，陳貽祥，等.2015可控源音頻大地電磁法在巖溶塌陷勘察中的應(yīng)用[J].地球物理學(xué)進(jìn)展，30（6）：2616～2622.

[5]李澎，王山山，等.2004淺層地震反射方法在工程物探中的應(yīng)用[J].物探化探計(jì)算技術(shù)，26（3）：227～230.

[6]嚴(yán)加永，孟貴祥，呂慶田，等.高密度電法的進(jìn)展與展望[J].物探與化探，2012，36（4）：576～584.

[7]李金銘.地電場(chǎng)與電法勘探[M].北京：地質(zhì)出版社，2005.

[8]趙光輝.高密度電法勘探技術(shù)及其應(yīng)用[J].礦產(chǎn)與地質(zhì)，2006，20（2）：166～168.