庫漢鵬，王圣民，關(guān)小偉

（浙江省水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊，浙江 寧波 315000）

隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，傳統(tǒng)的水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查工作已經(jīng)不能再適應社會的需要。新時期下，社會對水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查提出了更多新的要求。為了更好地服務地方經(jīng)濟社會發(fā)展，查清區(qū)域內(nèi)的水工環(huán)地質(zhì)情況，本研究開展了區(qū)域內(nèi)的水工環(huán)基礎地質(zhì)調(diào)查工作。

物探是水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查中重要的調(diào)查方法之一，直流測深法作為一種物探方法，將在水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查中起到重要作用。

1 直流電測法

1.1 基本原理

直流電測深法屬于直流電阻率法中的一種，簡稱電測深法（Resistivity Sounding），是以地下巖土體的電性差異為物理基礎，通過對地下半空間天然或人工電場分布的研究，來解決有關(guān)地質(zhì)問題的一種物探方法。

在地下半空間中，穩(wěn)定電流場遵循歐姆定律和克?；舴虻谝欢桑霉奖磉_為：

將（1）代入（2）式便得：

在均勻介質(zhì)中，ρ為常數(shù)，故應滿足：

此式即為拉普拉斯方程，是均勻?qū)щ娊橘|(zhì)中求解穩(wěn)定電流場的基本公式，也就是穩(wěn)定電流場在任一點的電位方程。

為測定勘查體積所涉及的范圍內(nèi)幾種巖層的綜合視電阻率值，通常在勘查體表面布置對稱四極裝置，即兩個供電電極A、B，兩個測量電極M、N，它們對稱與觀測點O布置。當通過供電電極A、B向地下發(fā)送電流時，就在地下半空間建立起穩(wěn)定的電場，然后測得M、N處觀測電位差ΔUMN大?。?/p>

式中：I為供電電流強度；ρs為勘查體的綜合視電阻率；根據(jù)上式可導出勘查體的綜合視電阻率表達式為：

然后在同一測點上逐次增大供電電極距，使勘探深度由小逐漸加深，可觀測到測點處沿深度方向由淺至深的視電阻率變化規(guī)律。

1.2 直流電測深法的特點

電測深法方法簡單成熟，成本相對較低，有對稱四極、三極、三級聯(lián)合、偶極等裝置，可根據(jù)勘探對象進行選擇，局限是該方法適合在地勢開闊平坦區(qū)開展工作，受地形的影響較大。

1.3 在水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查中的應用

區(qū)域水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查包含水文地質(zhì)、工程地質(zhì)及環(huán)境地質(zhì)調(diào)查3部分內(nèi)容。水文地質(zhì)主要調(diào)查區(qū)域內(nèi)地下水類型、埋藏、分布、形成條件、物理及化學性質(zhì)、運動規(guī)律等；工程地質(zhì)調(diào)查主要調(diào)查區(qū)域地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、巖土體類型及其工程性質(zhì)，劃分工程地質(zhì)巖組，構(gòu)建區(qū)域工程地質(zhì)概念模型與主要工程地質(zhì)問題模型，評價工程經(jīng)濟活動適宜性；環(huán)境地質(zhì)調(diào)查主要查明工作區(qū)地質(zhì)環(huán)境與人類活動相互作用產(chǎn)生的環(huán)境地質(zhì)問題與地質(zhì)災害，評價其對人類生存和發(fā)展的影響，為生態(tài)建設和環(huán)境保護服務。

在區(qū)域水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查中，直流電測深法主要應用在深埋區(qū)的基巖埋深、基底形態(tài)、劃分第四系松散層結(jié)構(gòu)、隱伏地質(zhì)構(gòu)造、斷層、含水層厚度、凍土層下限等勘查。

2 應用實例

2.1 工作區(qū)概況

工作區(qū)位于姚江谷地河姆渡鎮(zhèn)一帶。測區(qū)南部和北部為基巖出露的山區(qū)，余姚江穿溝谷而過，往東南方向流動，匯入甬江，最終匯入東海。

2.2 直流電測深法的應用

2.2.1 直流電測深法的數(shù)據(jù)采集

在本次水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查中，工作區(qū)內(nèi)布設了4條垂直于姚江流向的測線，測點間距200 m。

電測深法施工時采用對稱四極裝置，供電極距AB/2和測量極距MN/2如表1所示。直流電測深野外數(shù)據(jù)采集使用重慶地質(zhì)儀器廠的DZD-6A多功能直流電法（激電）儀。

表1 直流電測深供電極距與測量極距對照

電測深數(shù)據(jù)采集時需隨機選取總工作量3%～5%進行系統(tǒng)質(zhì)量檢查，質(zhì)量檢查觀測均方相對誤差按下式計算：

式中：M為某個質(zhì)量檢查點的均方相對誤差；μi為第i個參加評定的單個極距的相對誤差；n為某測點的數(shù)據(jù)個數(shù)；ρai、ρai'分別為第i個供電電極距上同組MN的基本觀測數(shù)據(jù)與系統(tǒng)觀測數(shù)據(jù)的視電阻率值。

經(jīng)計算，本次采集數(shù)據(jù)的均方相對誤差為±3.63%，滿足DZ/T0072—1993電阻率測深法技術(shù)規(guī)程的要求。

2.2.2 直流電測深法的數(shù)據(jù)處理

直流電測深數(shù)據(jù)處理采用吉林大學開發(fā)的GeoElectro-VES2005電法軟件。首先對一條測線上每個測點的數(shù)據(jù)進行一維反演，得到一維反演圖（圖1）；然后利用一維數(shù)據(jù)對該條測線數(shù)據(jù)進行反演計算，得到該測線的反演剖面圖（見圖2）。

圖1 測線07測點一維反演圖

圖2 測線D2二維反演視電阻率斷面

2.2.3 直流電測深法成果分析

在D2測線的二維反演圖，可以清晰地看到一個視電阻率突然變化的界面，視電阻率從30 Ω·m變大到80 Ω·m，判斷該界面為中風化基巖頂界面，結(jié)合鉆孔ZK42數(shù)據(jù)，確定了該界面深度。

運用該方法獲得了其他測線的中風化基巖界面，將所有測點的基巖埋深和測點坐標導入到surfer中成圖，得到了該測區(qū)的基巖埋深圖（見圖3）。

從圖中可以看到，測區(qū)基巖面呈中間高，兩側(cè)低的馬鞍形態(tài)，因此可以判斷出“馬鞍”兩側(cè)的地下水流場相互獨立，

屬于不同的水文單元，這與收集資料結(jié)論相符。

圖3 測區(qū)基巖起伏面三維圖

3 結(jié)語

通過該實例說明，直流電測深法能夠以較低的成本，較為準確地探測出測區(qū)基巖埋深和基底形態(tài)，確定第四系松散層厚度。直流電測深法在本次水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查起到了很好的作用。