張宏元

（福建省121 地質(zhì)大隊(duì) 福建龍巖 364021）

三明地區(qū)某水泥公司擬建一條5 000 t/d 熟料水泥生產(chǎn)線。為了解工區(qū)地質(zhì)狀況，計(jì)劃開展高密度電阻率法勘探。此次工作的重點(diǎn)是查明工作區(qū)范圍內(nèi)地層的電性分布情況，摸清測區(qū)內(nèi)可能存在的斷裂破碎帶、溶洞、松軟層等不良地質(zhì)現(xiàn)象及其分布范圍，為地基處理、不良地質(zhì)作用防治等提出建議。

1 地質(zhì)概況及地球物理特征分析

1.1 地質(zhì)環(huán)境

擬建場地出露及揭露的地層主要為近期人工雜填土層、第四系粉黏土、溪口組泥灰?guī)r風(fēng)化層。場地構(gòu)造位于政和—大埔深斷裂的西側(cè)，永安—晉江大斷裂北邊；區(qū)域性太華—長塔背斜的東側(cè)，武陵向斜縱貫全區(qū)。總體構(gòu)造形態(tài)為一向北傾伏的寬緩復(fù)式向斜，向斜兩翼發(fā)育一系列的次級褶皺，其軸面均向向斜核部傾斜，大多表現(xiàn)為歪斜褶曲。區(qū)域斷裂構(gòu)造較為發(fā)育。本區(qū)抗震設(shè)防烈度為6 度區(qū)，可不考慮砂類液化、軟土震陷問題。根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)調(diào)查資料、鉆探施工和地震勘察報(bào)告，擬建場地及其附近未發(fā)現(xiàn)地表水，在本次勘探中20 m～30 m深度范圍內(nèi)可見地下水。

1.2 地球物理特征

電法勘探主要研究的物性參數(shù)是電阻率。理論上講，干燥的巖石和空氣的導(dǎo)電性極差，其電阻率值趨向無窮大。但實(shí)際上巖石孔隙、裂隙總是含水的，并且隨著巖石含水量的增大，其電阻率值會急劇變低。而含水量相同的不同類型巖石由于礦化程度的不同，其電阻率值也可能差別很大。另外斷層的電阻率值根據(jù)其破碎帶寬度和含水量的變化，不含水的溶洞電阻率值極高而含水或碳質(zhì)灰?guī)r碎塊、泥沙等混合物的溶洞電阻率值很低。根據(jù)斷層和巖層等的電阻率值大小，也就可以間接了解其賦水情況。

2 高密度電法

2.1 工作原理

高密度電法實(shí)際上是一種電阻率法。它通過儀器觀測圍巖及礦物之間的電阻率差異，并且通過相關(guān)軟件，分析研究這些電阻率差異在空間上的變化規(guī)律及分布特點(diǎn)，從而找出地下存在的不均勻電性體（如滑坡體、風(fēng)化層、巖溶等）并且得出工程地質(zhì)構(gòu)造情況［1］。

高密度電法在同一條多芯電纜上具有多個(gè)連結(jié)的電極，通過測量系統(tǒng)中的軟件，能夠自動(dòng)組成多個(gè)不同深度或多個(gè)垂向測深電的探測剖面。在選定探測裝置類型后，系統(tǒng)就能按照探測剖面的深度順序或者測深電的位置順序，進(jìn)行逐點(diǎn)或逐層探測［2］。

與高密度電法相比，常規(guī)的電剖面法和電測深法，鋪設(shè)導(dǎo)線后只對一個(gè)記錄點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)觀測。在工程實(shí)踐中如果遇到目標(biāo)規(guī)模較小而且埋深較淺的情況，常規(guī)電法顯得效率低下［3］。

2.2 裝置選擇

為解決不同的地質(zhì)問題，常采用不同的電極排列形式和移動(dòng)方式（裝置參數(shù)）。裝置參數(shù)是一種組合式跑極剖面裝置，系統(tǒng)根據(jù)跑極方式可分為16種測量裝置。在實(shí)際工作中，根據(jù)不同的地質(zhì)任務(wù)來選擇個(gè)別裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，以達(dá)到最佳的勘探效果。根據(jù)探查目的結(jié)合以往經(jīng)驗(yàn)，對每條測線均進(jìn)行了微分、溫納、偶極等3種裝置的測量。通過比對，溫納排列裝置觀測的數(shù)據(jù)最為穩(wěn)定，因此決定選擇溫納排列裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

圖1 所示為溫納排列裝置的滾動(dòng)方式：是一條沿深度方向的直線或斜線（不可視線），且各測點(diǎn)等距分布其上，所有滾動(dòng)線上相同測深的數(shù)據(jù)點(diǎn)構(gòu)成一條剖面。

圖1 溫納排列裝置滾動(dòng)示意圖

3 野外測量方案

本次施工采用重慶奔騰數(shù)控研究所生產(chǎn)的WGMD-4 高密度電法系統(tǒng)。該系統(tǒng)以WDJD-4 為主機(jī)，是在先進(jìn)電法儀器的基礎(chǔ)上采用32 位單片機(jī)技術(shù)與24 位A/D 技術(shù)研制的新一代多功能直流電法儀器，能同時(shí)完成電阻率法與激發(fā)極化法測量。根據(jù)勘查區(qū)的地質(zhì)條件和現(xiàn)場施工情況，保證達(dá)到70 m的勘測深度要求，本次工作測點(diǎn)距5 m，設(shè)計(jì)G1、G2 兩條測線，總計(jì)1.12 km，實(shí)際完成物理點(diǎn)226 個(gè)。測線剖面方向?yàn)槟?北向。

4 異常推斷和解釋

4.1 解釋原則

根據(jù)本次所獲取的測線反演視電阻率剖面圖（見圖2 和圖3），結(jié)合鉆探、水文資料綜合分析，總結(jié)出本區(qū)的解釋原則如下：在反演視電阻率剖面圖上，視電阻率等值線存在梯度變化或等值線縱、橫向密集區(qū)的異常條帶，解釋為斷層的電性反映；低阻區(qū)域推斷為充水或者充填黏性土等混合物的低阻物質(zhì)，為松軟層；條狀或者帶狀的低阻區(qū)域解釋為強(qiáng)巖溶、土洞等發(fā)育區(qū)；高阻區(qū)域推斷可能為不含水或者未填充低阻物質(zhì)的巖溶、土洞等地質(zhì)構(gòu)造，但需進(jìn)一步驗(yàn)證。各巖土層的電性特征與其含水量和破碎程度關(guān)系較大，含水量和破碎程度越高電阻率值越低，反之越高。

圖2 G1 測線視電阻率反演剖面圖

圖3 G2 測線視電阻率反演剖面圖

4.2 推斷與解釋

結(jié)合兩條視電阻率反演剖面圖看，測線南端均出現(xiàn)大片高阻異常，中部均存在多個(gè)低阻異常。其中G1 線異常區(qū)以低阻為主，異常W1～W5 阻值相近，約為25 Ω·m～100 Ω·m。ZK57 穿過W2 異常北側(cè)邊界，異常處鉆探揭露了厚度2.3 m的泥灰?guī)r殘積黏性土，ZK76 位于W1 異常東側(cè)30 m，也揭露了2 m的泥灰?guī)r殘積黏性土。同時(shí)5 個(gè)異常均位于水位線附近，因此5 個(gè)異常推測為泥灰?guī)r殘積黏性土含水引起。在地基處理中應(yīng)注意這5 個(gè)異常所處位置可能為松散軟弱土層。

G2 線共圈定W6～W11 共6 處異常，其中W6 和W7 異常為高阻異常，W8、W9、W10、W11 為低阻異常。W6 和W7 兩個(gè)異常大致類似，幅值＞5 000 Ω·m，最大值約8 000 Ω·m，整體呈團(tuán)狀。由于ZK62、ZK51 和ZK50 都只揭露到兩個(gè)異常的頂部，異常頂部巖性為中風(fēng)化泥灰?guī)r，結(jié)合電阻率等值線進(jìn)一步分析，推斷W6 西側(cè)有F-1 斷裂，W7 東側(cè)有F-2 斷裂，同時(shí)鉆孔ZK42 在深度46.1 m～50.9 m 出現(xiàn)含角礫粉質(zhì)黏土，佐證了F-2 斷裂的存在。因此推測W6 和W7 異?？赡転閿嗔褬?gòu)造引起的不含水破碎土層或溶洞反映，但需進(jìn)一步驗(yàn)證。W8 號異常為本區(qū)重點(diǎn)異常，結(jié)合已有鉆探資料和水文資料，異常中心對應(yīng)的巖性為泥灰?guī)r殘積黏性土。再結(jié)合G1 剖面低阻異常分析，初步推斷W8 異常引起原因?yàn)槟嗷規(guī)r殘積黏性土破碎含水引起，但相對G1 線低阻異常W8 異常阻值更低，幅值＜10 Ω·m，推斷W8 異常和F-2 斷裂構(gòu)造引起的破碎帶溶蝕的綜合反映才導(dǎo)致阻值較低，因此本異常在后期施工中應(yīng)需重視。本次高密度施工期間，下雨量較大，結(jié)合鉆探資料，推斷W9、W10、W11 異常可能為砂土狀強(qiáng)風(fēng)化泥灰?guī)r受地表水向下滲流或地下潛水層影響，可能為松散軟弱層。

5 結(jié)論和建議

5.1 結(jié)論

通過本次高密度電法了解了本區(qū)各測線位置的電性分布大致規(guī)律，共圈定和解釋了9 個(gè)低阻異常和2 個(gè)高阻異常：W8號低阻異常為本次工作重點(diǎn)異常，推斷為泥灰?guī)r殘積黏性土破碎含水和F-2 斷裂構(gòu)造引起的破碎帶溶蝕的綜合反映，本異常在后期施工中應(yīng)需重視；W1～W5 號異常推測為泥灰?guī)r殘積黏性土填充少部分水引起，所處位置可能為松散軟弱地層；W9～W11 異常可能為砂土狀強(qiáng)風(fēng)化泥灰?guī)r受地表水向下滲流或地下潛水層影響，所處位置可能為松散軟弱地層；W6 和W7號異常可能為斷裂構(gòu)造引起的不含水破碎土層或溶洞的電性反映。

5.2 建議

由于電法的體積效應(yīng)和邊界效應(yīng)，圈定的異常范圍可能比實(shí)際范圍較大；W8 異常在后期工作中，應(yīng)需重視；W6 和W7異常引起原因需進(jìn)一步認(rèn)證是否為斷裂構(gòu)造引起的不含水破碎土層或溶洞的反映；在山區(qū)采用高密度電法時(shí)，應(yīng)當(dāng)避免地形變化較大的區(qū)域，盡量選擇在地形平坦處布置測線；若必須在地形起伏的地段進(jìn)行高密度電法測試時(shí)，建議在滿足探測精度的條件下，選用較大的電極距［4］。