楊甦，邵愛(ài)武，張國(guó)鴻

(安徽省地球物理地球化學(xué)勘查技術(shù)院， 安徽合肥 230022)

0 引言

南淝河總體流向東南，從肥西的夏大郢進(jìn)入董鋪水庫(kù)，于大楊店南出庫(kù)后，穿亳州路橋，經(jīng)合肥市區(qū)的四里河、板橋河，穿屯溪路橋至二十埠河，至三汊河折西南流，于施口注入巢湖，全長(zhǎng)約70km。南淝河自建成以來(lái)，在城市防洪、排澇、灌溉引水等方面發(fā)揮了重要作用。同時(shí)，隨著合肥市的快速發(fā)展和人民生活的不斷改善，穿城或環(huán)城河道已成為城市自然景觀的重要組成部分，在改善城市生活環(huán)境方面發(fā)揮著積極作用。

河道土質(zhì)邊坡一般存在淤泥軟弱層、細(xì)沙含水層、漏水通道等工程地質(zhì)隱患。淤泥軟弱層和細(xì)沙含水層為近水平層狀體，漏水通道呈網(wǎng)格或線性裂隙狀，由于河道邊坡中的這些隱患體埋藏淺、規(guī)模較大，當(dāng)它們充水時(shí)，與正常土質(zhì)體間呈現(xiàn)為低阻體。高密度電阻率法二維電阻率反演斷面圖中，應(yīng)當(dāng)出現(xiàn)層狀低阻、呈網(wǎng)格或線性裂隙狀低阻異常。對(duì)于河道砌石邊坡可以采用納米瞬變電磁法或其他物探方法進(jìn)行勘查。根據(jù)業(yè)主要求，對(duì)合肥市南淝河土質(zhì)邊坡采用高密度電阻率法進(jìn)行勘查，對(duì)勘查成果中的低阻異常進(jìn)行了實(shí)地踏勘、分析，提出了驗(yàn)證要求，本文介紹兩個(gè)勘查驗(yàn)證剖面，整個(gè)勘查成果獲得了評(píng)審?fù)ㄟ^(guò)，得道了業(yè)主的認(rèn)可、滿(mǎn)意。

1 方法簡(jiǎn)介

高密度電阻率法（High density resistivity method）是利用地下巖土層電阻率差異的一種時(shí)間域電法。通過(guò)在地面安放一組（供電/測(cè)量）電極，向地中供以一定的雙極性電流后，地中就產(chǎn)生了電流場(chǎng),此時(shí)我們可用安放的測(cè)量電極接收電場(chǎng)強(qiáng)度和電流強(qiáng)度的大小,以此可計(jì)算得到大地視電阻率值。通過(guò)供電電極（A、B）和測(cè)量電極(M、N)的橫向移動(dòng)和不斷擴(kuò)展,就可測(cè)量到大地中任意一點(diǎn)的視電阻率值。由于地下介質(zhì)電阻率的不均勻性，其導(dǎo)電能力存在差異，因此通過(guò)采集電場(chǎng)信號(hào)的強(qiáng)、弱程度，就可得到地中介質(zhì)的不均勻（導(dǎo)電）體的位置及其分布范圍（圖1）。

圖1 高密度電阻率法工作原理示意Fig.1 Working principle of high-density resistivity method

一個(gè)工程勘查項(xiàng)目,高密度電法一般需經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集——數(shù)據(jù)傳輸——計(jì)算機(jī)處理——工程驗(yàn)證——地質(zhì)目標(biāo)體的解譯等過(guò)程（圖2）。

圖2 高密度電阻率法工作流程圖Fig. 2 Work flow of high-density resistivity method

2 應(yīng)用實(shí)例

2.1 勘查區(qū)水文地質(zhì)特征

合肥的母親河——南淝河正源為董鋪水庫(kù)上游河道，始于江淮分水嶺東南側(cè)，跨肥西長(zhǎng)豐兩縣交界處，其支流眾多，流域總面積1640km2，其中山丘區(qū)占90%，圩區(qū)占10%。蕪湖路橋以上為丘陵河道，比降較陡，約1/6000；蕪湖路橋以下進(jìn)入平原圩區(qū)，比降平緩，約1/15000～1/30000。亳州路橋至施口河段長(zhǎng)33.3km，河底寬30～80m，河底高程6～5m，洪水深約8m，兩岸堤防高程16.2～13.0m。南淝河北門(mén)站1954年7月11日洪水位16.19m，為歷史最高，實(shí)測(cè)相應(yīng)最大流量為1040m3每秒。建董鋪水庫(kù)以后，合肥東門(mén)站1983年實(shí)測(cè)最高水位為12.32m（7月24日），最大流量為145m3/s。

2.2 勘查區(qū)土質(zhì)邊坡電性特征

依據(jù)合肥市南淝河河堤堤身結(jié)構(gòu)的鉆探剖面和高密度電阻率法測(cè)量，電阻率垂向剖面應(yīng)具有如下電性結(jié)構(gòu)特征：

（1）最上層填土呈高阻、耕植土為相對(duì)低阻，充水的粉細(xì)砂土為低阻異常，粉質(zhì)黏土為中高阻，電阻率垂向剖面具有H型地電斷面特征。

（2）當(dāng)土層體中存在滲漏通道時(shí)，在電阻率垂向剖面中，在滲漏通道位置上應(yīng)有似圓形或陡立帶狀形的低阻（充水情況下）或高阻異常（空腔情況下）。

（3）當(dāng)河道邊坡體中存在軟弱層時(shí)，視電阻率斷面圖中應(yīng)有水平低阻層顯示。

2.3 勘查工作方法技術(shù)

高密度電阻率法測(cè)線均布置在南淝河河堤頂面和河道護(hù)坡為土質(zhì)結(jié)構(gòu)坡肩地段，與堤線走向基本一致。工作參數(shù):測(cè)量裝置采用溫納裝置，電極距2m，采樣間隔系數(shù)16，電極通道數(shù)60個(gè)。工作布置見(jiàn)圖3。

圖3 高密度電法大線鋪設(shè)Fig. 3 Laying of jug lines of high-density electrical method

高密度電阻率法的資料處理使用加拿大嬌佳公司研制的RTomo高密度電法工作軟件。根據(jù)反演軟件數(shù)據(jù)格式要求，首先對(duì)采集的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯，導(dǎo)入RTomo軟件后，先進(jìn)行數(shù)據(jù)濾波，再進(jìn)行反演成像。

資料處理步驟：第一步，按軟件數(shù)據(jù)格式要求，將每個(gè)排列測(cè)量的視電阻率數(shù)據(jù)按每個(gè)采樣層進(jìn)行編輯，分別建立每個(gè)測(cè)量排列的數(shù)據(jù)文件；第二步，采用中值濾波算法進(jìn)行數(shù)據(jù)濾波；第三步，將濾波后的數(shù)據(jù)進(jìn)行電阻率二維反演成像，在反演工作的過(guò)程中，結(jié)合以往南淝河鉆探勘察資料，選擇反演深度比例系數(shù)進(jìn)行，反演成像算法為有限單元法。

2.4 勘查應(yīng)用

實(shí)例1：合肥市董鋪水庫(kù)下游

高密度電阻率法探測(cè)的河道邊坡位于合肥市董鋪水庫(kù)下游，河道邊坡大部分位于森林公園內(nèi)，河渠彎道多、曲度大。見(jiàn)圖4。

根據(jù)高密度電阻率法測(cè)量結(jié)果，向業(yè)主提出了驗(yàn)證剖面位置，驗(yàn)證剖面處于合肥市清溪路垃圾場(chǎng)北西（圖4），剖面長(zhǎng)148m，進(jìn)行了四個(gè)鉆孔勘查驗(yàn)證，孔深約8m。驗(yàn)證結(jié)果如圖5所示。

圖5（a）是河道邊坡電阻率二維反演等值線斷面圖。由圖可見(jiàn)，在大約500～540號(hào)之間存在一個(gè)十分明顯的低阻帶異常，通過(guò)踏勘后，向業(yè)主提出鉆探驗(yàn)證，為了控制整條剖面和鉆孔安放，通過(guò)四個(gè)鉆探鉆探，驗(yàn)證結(jié)果如圖5（b）。

圖4 實(shí)例1驗(yàn)證剖面位置示意圖Fig. 4 Sketch of the location of example 1 test section

圖5 合肥市董鋪水庫(kù)下游地段南淝河右岸驗(yàn)證剖面Fig. 5 Test section across the right bank of the Nanfei River in the lower reach of the Dongpu Reservoir in Hefei City

由驗(yàn)證結(jié)果知，河道邊坡的雜填土電阻率極不均勻，約在25～50Ω.m,為高阻層；粉土層的電阻率較均勻，電阻率在30～35Ω.m,是中阻層；含水細(xì)沙層的電阻率低，其值20～25Ω.m。由此可見(jiàn)，通過(guò)驗(yàn)證，說(shuō)明高密度電法的電阻率二維斷面圖中的深部低阻異常體是含水細(xì)沙層引起，與物探推斷的含水軟弱層一致。由于，520測(cè)點(diǎn)處不易安放鉆機(jī)，所以未能揭露出地下主要低阻異常體的埋深。

實(shí)例2：合肥市蕪湖路橋右岸

根據(jù)高密度電法測(cè)量結(jié)果，驗(yàn)證剖面處于合肥市蕪湖路橋下游右岸，高密度電法實(shí)測(cè)剖面布置于巢湖路人行道上，見(jiàn)圖6。

高密度電阻率法的低阻異常段由兩個(gè)鉆孔控制，鉆探深度約8m，高密度電阻率法二維反演剖面和鉆探驗(yàn)證結(jié)果如圖7所示。

高密度電阻率法測(cè)量是在雨后進(jìn)行的，所以造成地表土層電阻率低。高密度電法電阻率二維反演斷面在48～78號(hào)點(diǎn)間深部存在層狀低阻異常，電阻率僅為3～4Ω.m,為低阻層。通過(guò)ZK25、ZK23兩孔的鉆探揭露，該低阻層為含水的粉質(zhì)淤泥層，與物探推測(cè)的含水軟弱層一致。這種含水粉質(zhì)淤泥層在河道邊坡下部，屬于不穩(wěn)定的土層，現(xiàn)已造成河道邊坡?lián)鯄Πl(fā)生了偏斜，應(yīng)立即河道邊坡加以灌漿治理。

圖6 實(shí)例2驗(yàn)證剖面位置示意圖FFig. 6 Sketch of the location of example 2 test section

圖7 合肥市蕪湖路橋右岸地段驗(yàn)證剖面Fig. 7 Test section across the right bank of the river channel at the Wuhu road bridge in Hefei City

3 結(jié) 論

合肥市南淝河土質(zhì)邊坡安全檢測(cè)，通過(guò)高密度電阻率法測(cè)量，發(fā)現(xiàn)了一批規(guī)模不等的、形態(tài)各異的低阻異常。通過(guò)對(duì)異常分布地段實(shí)施踏勘和檢查觀測(cè)，排除了一些因近地表干擾（地表管線、排水管道、地表垃圾物等）造成的低阻異常；對(duì)一些重要的低阻異常進(jìn)行了鉆探驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果基本與物探推測(cè)的結(jié)論一致。高密度電阻率法對(duì)合肥市南淝河土質(zhì)邊坡安全檢測(cè)項(xiàng)目，通過(guò)業(yè)主組織專(zhuān)家審查，獲得通過(guò)。高密度電阻率法電阻率二維反演斷面圖為合肥市南淝河的治理提供了一份基礎(chǔ)性的勘查資料。

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