綜合電法勘探在湖南某井場調查項目中的應用

劉海彬，王　燦（湖南省煤田地質局物探測量隊，湖南　株洲　412003）

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綜合電法勘探在湖南某井場調查項目中的應用

劉海彬，王燦（湖南省煤田地質局物探測量隊，湖南株洲412003）

溶洞等不良地質體的存在是引起的地面沉陷、建筑物沉降以及基礎坍塌等地質災害的主要原因，其發育范圍勘探是地質災害治理的首要任務。本文具體介紹了高密度電阻率法和瞬變電磁法兩種電法勘探方法的理論基礎，并針對在湖南某井場調查項目中的勘探實例介紹這兩種方法在綜合應用中成果。

高密度電阻率法；瞬變電磁法；巖溶

溶洞等不良地質體的存在是引起的地面沉陷等地質災害的主要原因，其發育范圍勘探是地質災害治理的首要任務。

高密度電阻率法（Multi-electrode resistivity method）是一種陣列式電阻率測量方法，該法可以實現電阻率的快速采集和現場數據的實時處理，它集電剖面和電測深于一體，采用高密度布點，進行二維地電斷面測量，提供的數據量大、信息多，并且觀測精度高、速度快，是灰巖地區尋找溶洞及構造破碎帶最有效的物探方法之一［1～2］。

瞬變電磁法（Transient electromagnetic method，TEM）是利用不接地回線或接地線源向地下發射一次脈沖磁場，在一次脈沖磁場間歇期間利用線圈或接地電極觀測地下介質中引起的二次感應渦流場，從而探測介質電阻率的一種方法［3］。瞬變電磁法具有體積效應小、等值范圍窄、測地工作簡單、工作效率高等優點［4］。

本文以高密度電阻率法和瞬變電磁法兩種方法在湖南某井場調查項目中的綜合應用為例進行說明。

1　任務和目的

查明湖南某井場200m×200m范圍內300m以淺溶洞等不良地質體分布情況，為井位的選取提供地球物理依據。

2　方法與技術

由于瞬變電磁測深法在地表淺層存在盲區，故采用高密度電阻率法確定表層50m以淺不良地質體的分布情況，采用瞬變電磁測深法確定深度300m以淺不良地質體的分布情況。工程布置示意圖如圖1所示。

圖1　工程布置示意圖

2.1高密度電阻率法的方法與技術

高密度電阻率法的方法原理和技術參數設置如下：施工時預先將所探測剖面位置的所有電極布設好，經人工選擇觀測裝置，由儀器的自動控制程序分別接通被選觀測裝置所需位置的電極，并沿測線供電和測量，分層采集數據，得到高密度電阻率剖面。

本次施工采用溫納裝置，其觀測系統設置如圖2所示。

圖2　溫納裝置觀測系統設置圖

溫納裝置：裝置系數K=2πr，其中r為電極間距，n為隔離系數，AM=MN= NB=nr。

在調查項目中，根據目的層深度，高密度電阻率法共布設11條測線，電極距為8m，線距20m，使用的儀器為重慶奔騰數控研究所生產的WGMD-9型超級高密度電法系統。

2.2瞬變電磁法的方法與技術

瞬變電磁法施工時將線圈與儀器連接好后，線圈中心置于測量點上，通過儀器控制給發射線圈供以脈沖電流，然后關斷線圈電源，利用接收線圈接收該脈沖電磁感應場的地下渦流產生的二次電磁場。將儀器接收的數據傳入計算機處理后可得到地下三維空間的電阻率分布情況，以此來判斷地下溶洞及富水區的分布情況。

本次施工采用同一回線裝置，共布設11條測線，線距20m，點距20m，使用的儀器為澳大利亞產TerraTEM瞬變電磁系統。

3　地質概況

高密度電阻率法測區內的電性特征較簡單，表層為第四系土層，由耕植土、含碎石粉質黏土組成，本場地內其視電阻率值相對比較低，一般小于600Ω·m；若場地內基巖巖體較完整，本場地內其視電阻率值一般大于1600Ω·m。根據基巖的裂隙發育程度，及其含水性，其視電阻率值高低有一定的差別，本場地內一般在600～1400Ω·m。場地內若存在巖溶，根據其是否有填充物和填充物的含水性，其視電阻率值相對周圍巖體表現為低阻異常（含水）或高阻異常（含水少或不含水）。由于本次勘探是在雨季過后進行的，故巖溶一般都會含水，表現為低阻異常。場地內若存在斷層破碎帶，因其巖石破碎，裂隙發育，含水性較強，表現為低阻異常，且視電阻率值表現為雜亂無序。因此，高密度電阻率法測區內的巖溶、斷層破碎帶與其周圍圍巖具有明顯的電阻率差異，可運用高密度電阻率法區分。

瞬變電磁法測區內上層是奧陶系桐梓組灰巖，下伏巖層為寒武系巖層，灰巖及白云質灰巖、白云巖等表現為高阻特征，一般大于150Ω·m，其變化范圍總體表現為高阻特性；頁巖、含碳灰巖（碳質灰巖）、泥質灰巖、砂巖等電阻率一般表現為相對低阻，一般情況下會小于150Ω·m；而受水作用侵蝕的灰巖或溶腔，會因含水（或潮濕）而使其電阻率往往低于其圍巖，一般會因含水量的大小或侵蝕規模的大小而有所變動。總體上，在灰巖中溶蝕區表現為比圍巖更低的電性特征，給物探提供了辨識異常的依據。由于瞬變電磁方法探測深度的局限性，結合地質資料，推斷垂直剖面下部低阻區為奧陶系灰巖。

4　資料處理與成果解釋

4.1資料處理

4.1.1高密度電阻率法資料處理

高密度電阻率法的資料處理步驟為：首先將采集的原始數據導入計算機，并將其轉換為Surfer所需的文件格式；利用Surfer軟件檢查數據、去非值、去干擾值；生成等值線剖面圖。

4.1.2瞬變電磁法資料處理

瞬變電磁法的資料處理步驟為：①把所測數據導入計算機，并對數據進行核查，繪出曲線。②對于所得的曲線，進行圓滑處理，由于各種干擾的影響，使一些曲線的尾支出現畸變，對此采用個別圓滑的方法進行局部圓滑，對于一般畸變較小，曲線規律較好的情況，一般不予圓滑，盡量保存原有信息，以對解釋提供更準確的依據。③根據野外工作方法采用TEM磁源初步反演軟件進行視深度電阻率數據文件輸出。④經過資料預處理，利用surfer繪制各剖面等值線圖。

4.2成果解釋

本次物探外業工作結束后，結合現有的地質資料，對物探資料進行解釋，并獲得本測區的綜合探測成果。根據所獲得的11條高密度斷面和11條瞬變電磁斷面表明，測區內在探測深度范圍內發現多處物探異常點，并且根據上述理論解釋依據對各物探異常點進行了物探-地質解釋，根據解釋結果可知，場地內存在多個巖溶發育區。

4.2.1高密度電阻率法成果解釋

高密度電阻率法共布設11條測線，獲得11條斷面，本文以G5測線為例對斷面圖進行分析，如圖3所示。

圖3　高密度電阻率法G5測線等視電阻率圖及物探地質斷面圖

從圖3中可見，G5測線上探測出的巖溶發育區有4個，沿測線方向從左到右分別為：沿測線方向100.7～144.4m位置，高程在1.1～13.1m范圍；沿測線方向175.3～264.4m位置，高程在2.5～17.1m范圍；沿測線方向285.7～302.8m位置，高程在3.5～14.1m范圍；沿測線方向313.2～531.5m位置，高程在1.7～34.3m范圍。

4.2.2瞬變電磁法成果解釋

瞬變電磁法共布設11條測線，獲得11條斷面，本文以T5測線為例對斷面圖進行分析，如圖4所示。

圖4　瞬變電磁法T5測線等視電阻率圖及物探地質斷面圖

從圖4中可見，T5測線上有3個巖溶發育區，沿測線方向從左到右分別為：A巖溶發育區是沿測線方向0～200m范圍，高程在630m至地表范圍；B巖溶發育區是沿測線方向160～200m范圍，高程在645～710m范圍；C巖溶發育區是沿測線方向80～120m范圍，高程在640～660m范圍。

結合該工程項目，為了便于分析，定出適于工程施工的最佳位置，在高程730m至高程510之間按20m間隔做了12個平面切圖。以650m高程平切圖為例，如圖5所示。A、B、C三個巖溶發育區與圖4中的A、B、C三個巖溶發育區對應一致。

圖5　瞬變電磁高程650m平切等視電阻率圖及平面成果圖

根據平面切圖的電性分布圈定平面方向的物探異常范圍。測線T5的T5-1～T5-8在高程650m處明顯體現了出來。

根據綜合電法剖面圖的解釋，將各物探剖面圖上的異常點沿測線的范圍投影到平面圖上，獲得了平面圖上各異常點在測線上的范圍和位置，將各異常點在測線上的范圍串聯到一起，形成了巖溶發育區在平面圖中的范圍和位置，并將巖溶發育程度相對較低的小范圍位置作為建議井場位置，如圖1中所示。

5　結束語

（1）本次物探工作結果表明，井場200m×200m范圍內地表300m以淺溶洞等不良地質體較為發育。通過資料對比分析，將巖溶發育程度相對較低的小范圍位置作為建議井場位置并得到了甲方的認可。后期在該位置鉆探實施過程中未發現不良地質現象，從而驗證了本次綜合電法勘探的正確性。

（2）實踐表明綜合運用高密度電阻率法和瞬變電磁法對巖溶發育區厚度和范圍探測具有很好的互補性，該綜合物探模式對于需要探明近地表巖溶發育區和深部巖溶發育區范圍具有很好的勘察效果，其成果對同類勘探工作具有很好的借鑒意義。

（3）物探方法作為地質勘探的一種重要而有效的手段，已在工程領域得到了廣泛的應用。但物探方法是一種間接勘探手段，由于地質現象的復雜性和邊界條件的不確定性，其反演解釋成果具有多解性。在實際工作中同時采用多種物探方法進行綜合勘探，從不同的角度、用不同的物性參數進行解釋，并對解釋成果作為相互補充和驗證，就可以大大提高物探成果的精度和準確性。

［1］張臘根，劉 基.高密度電法在巖溶路基勘察中的應用［J］.土木基礎，2006，20（5）：69～71.

［2］湯謹暉，方大為，姚 金.高密度電阻率法在某路基巖溶區勘查中的應用［J］.科技廣場，2008，1：179～181.

［3］王俊茹，張吉恒，許柏青.瞬變電磁法在高速公路采空區勘測中的應用［J］.物探與化探，2007，31（4）：358～360.

［4］湖南頁巖氣勘查某井場電磁測深探測及地表調查項目報告［R］.湖南省煤田地質局物探測量隊，2014.

王 燦（1987-），女，研究生，主要從事電法、地震勘探資料處理工作。

P631.3

A

2095-2066（2016）12-0101-02

2016-4-7

劉海彬（1982-），男，工程師，主要從事工程物探、煤田、頁巖氣地震勘探工作。