高密度電法測(cè)量在哈熊溝隧道地質(zhì)勘察中的應(yīng)用

鄭小川

（新疆有色地質(zhì)勘查局地球物理探礦隊(duì) 烏魯木齊 830011）

1 地質(zhì)概況

工作區(qū)地質(zhì)情況簡(jiǎn)單，大部分被第四系碎石土、粉土覆蓋，主要出露中早侏羅系水西溝群含煤的碎屑沉積巖，細(xì)分為八道灣組、三工河組、西山窯組，巖性有強(qiáng)風(fēng)化的泥質(zhì)粉砂巖、砂巖和中風(fēng)化的粉砂巖、砂巖、礫巖。

2 探測(cè)目標(biāo)地球物理前提分析

公路沿線中下侏羅系沉積地層的地電斷面大致分為三層，即上覆土層，強(qiáng)風(fēng)化砂巖、泥質(zhì)粉砂巖，中風(fēng)化砂巖、礫巖等，各層視電阻率具有一定的差異。

地表第四系碎石土、粉土、黃土：具有低電阻率特征，視電阻率小于60Ω·m，在斷面圖中一般顯示為淺表厚薄不一的低阻層。

強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、中砂巖、粗砂巖、礫巖：電阻率稍高，電阻率值位于40～200Ω·m之間，在斷面圖中一般呈起伏層狀的中低電阻率層。因其風(fēng)化程度強(qiáng)弱不同，電阻率變化較大，顯示為由低到高的漸變層。位于等值線過(guò)渡帶較密集的部位，層位一般較薄。

中風(fēng)化粉砂巖、砂巖、礫巖：中高電阻率特征，200～1500Ω·m，厚度一般較大，在斷面圖中顯示為稀疏的中高電阻率部位。

微風(fēng)化粉砂巖、砂巖：高電阻率，1500～5000Ω·m，厚度較大。

破碎帶呈寬緩的低阻特征，充水后形成圈閉的極低阻特征。

工作區(qū)目標(biāo)體與圍巖地層的電阻率差異明顯，為該區(qū)進(jìn)行超高密度電法勘探工作提供了良好的地球物理前提。但由于各種介質(zhì)的電阻率除本身的電性特征外，還受多種外界因素的影響，如濕度，溫度，孔隙度等等，所以通過(guò)鉆孔資料的協(xié)助來(lái)對(duì)該地區(qū)的地質(zhì)情況進(jìn)行針對(duì)性的分析，可以顯著提高解釋的準(zhǔn)確性。

3 工作布置

沿公路左線ZK52+352～ZK53+134（樁號(hào)）中軸線布置高密度電法測(cè)線，點(diǎn)距5米，點(diǎn)號(hào)自東北向西南遞增。設(shè)計(jì)隧道左線剖面長(zhǎng)度782米，為了達(dá)到最大的勘探深度，高密度觀測(cè)剖面沿左線外延一定長(zhǎng)度，觀測(cè)剖面長(zhǎng)1390米。

4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)整理：儀器自動(dòng)將觀測(cè)數(shù)據(jù)存入電腦的文件夾，后綴為WDA格式，數(shù)據(jù)處理是利用該套儀器專門配置的處理軟件WDAFC.EXE進(jìn)行轉(zhuǎn)換。工作連續(xù)滾動(dòng)數(shù)據(jù)分別存儲(chǔ)在哈熊溝隧道1.WDA、哈熊溝隧道2.WDA、哈熊溝隧道3.WDA三個(gè)文件中，首先將三個(gè)滾動(dòng)斷面數(shù)據(jù)按照觀測(cè)順序合并拼接處理。

數(shù)據(jù)預(yù)處理：內(nèi)業(yè)資料處理主要是對(duì)高密度電法所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行資料預(yù)處理，本次工作采集的數(shù)據(jù)質(zhì)量高，所有層都不存在突變點(diǎn)，可以直接進(jìn)行反演處理。

數(shù)據(jù)反演：將檢查完畢的數(shù)據(jù)采用高密度二維反演軟件RES 2D INV進(jìn)行最小二乘反演處理，由于地表覆蓋層厚度變化較大，表層電阻率差異較大，反演中使用精細(xì)化單元模型，即用單位電極距的一半作為寬度的模型單元。經(jīng)過(guò)反演后可以同時(shí)顯示實(shí)測(cè)電阻率、正演電阻率和反演電阻率斷面圖，處理結(jié)果有效深度達(dá)到96米，能夠滿足隧道淺埋段的工程勘察目的。

5 成果解釋推斷

哈熊溝隧道高密度電法顯示所在區(qū)域的地層一般情況可劃分為三層：

表層碎石土、粉土，顯示為低阻異常層，電阻率一般小于250Ω·m，厚度地表1～20米不等，為第四層黃土、粉土、砂礫石覆蓋層的特征。在隧道進(jìn)出口的裂隙發(fā)育帶，顯示為比較完整的厚大中低阻層，電阻率小于1000Ω·m，厚度大于60米，說(shuō)明地層破碎，裂隙發(fā)育，屬于軟弱層。

淺部等值線密集變化帶反映了強(qiáng)風(fēng)化砂巖、粉砂巖地層，顯示為中低電阻率，一般位于80～200Ω·m，厚度約10～30米，在次級(jí)斷層及破碎帶厚度增大，局部達(dá)到50米。

下伏中風(fēng)化砂巖、礫巖等，顯示為中高電阻率，一般大于1500Ω·m，厚度大。整個(gè)斷面顯示高阻層位不是很連續(xù)，說(shuō)明該區(qū)地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)劇烈，地層被破壞嚴(yán)重。

破碎帶、斷層與正常地層的物性差異明顯，一般在強(qiáng)風(fēng)化帶內(nèi)發(fā)育，部分切穿中風(fēng)化沉積地層。破碎帶裂隙發(fā)育，一般位于溝谷中，賦水，在高密度反演模型電阻率斷面圖件呈低阻“U”形狀，其視電阻率值一般較低，為40Ω·m～150Ω·m，且寬度較大。

破碎帶、斷層與正常地層的物性差異明顯，在高低阻突變帶或在垂向上具有明顯的過(guò)渡帶，等值線密集處，一般為斷層的反映。據(jù)此特征，推測(cè)在剖面存在2條斷層，分別位于217米、1027米，延深大于80米。

在哈熊溝隧道進(jìn)口ZK52+352位于物探剖面355米處，為一處規(guī)模較大的裂隙發(fā)育帶，影響了地層穩(wěn)定性；隧道出口ZK53+134位于剖面1165米處及其南北兩側(cè)120米范圍內(nèi)，顯示為厚大的低阻層，預(yù)示該處為強(qiáng)風(fēng)化不穩(wěn)定的沉積地層，裂隙發(fā)育。

在隧道中部648～690米存在一處規(guī)模較小的破碎帶，破碎層及裂隙發(fā)育帶厚度達(dá)12米，位于隧道頂板上部，屬于軟弱區(qū)域，影響地層穩(wěn)定性。

6 結(jié)論及建議

6.1 結(jié)論

本次物探工作依據(jù)不同風(fēng)化程度的侏羅系地層與破碎帶、斷層存在的電性差異特征，運(yùn)用高密度電法哈熊溝隧道左線進(jìn)行勘察，取得了一定效果，合理劃分了不同風(fēng)化程度的砂巖、粉砂巖、礫巖地層，基本推斷了剖面上破碎帶、斷層分布范圍和埋深情況，為隧道設(shè)計(jì)施工提供了基礎(chǔ)資料。

（1）在哈熊溝隧道公路左線發(fā)現(xiàn)三處較大規(guī)模的破碎帶，分別位于隧道左線進(jìn)口北側(cè)、隧道出口南側(cè)，破碎帶寬度和深度較大，一般厚度10-20米，最大深度達(dá)到40米，影響地層的穩(wěn)定狀態(tài)。

（2）依據(jù)斷面總體特征，推斷次級(jí)斷2處，延深超過(guò)80米，造成中風(fēng)化沉積地層破碎程度較高、裂隙發(fā)育。推測(cè)斷層位置及特征見(jiàn)表1。

表1 推斷破碎帶及斷層統(tǒng)計(jì)表

（3）哈熊溝隧道整體上顯示為較為完整的中高電阻率特征，說(shuō)明該區(qū)中風(fēng)化砂巖地層較為完整。哈熊溝隧道進(jìn)口ZK52+352和隧道出口ZK53+134均為規(guī)模較大的裂隙發(fā)育帶，寬度和延深均較大，影響了地層穩(wěn)定性。

僅在隧道中部648～690米存在一處規(guī)模較小的破碎帶，破碎層及裂隙發(fā)育帶厚度達(dá)12米，位于隧道頂板上部，屬于軟弱區(qū)域，影響地層局部穩(wěn)定性。整體上看，該條隧道地層裂隙較為發(fā)育，工程地質(zhì)條件較為穩(wěn)定。

6.2 建議

（1）電性場(chǎng)分布的復(fù)雜與未知性決定了電法勘探僅能從宏觀上了解地(電性)層結(jié)構(gòu)特征與異常地質(zhì)體的分布狀況，對(duì)于厚度較小、規(guī)模較小的地質(zhì)體分辨率有限，因此，高密度電法得到的電阻率斷面只能粗略地將他們劃分為一層地質(zhì)體。

（2）高密度電法預(yù)處理與反演處理不可能完全消除地形、場(chǎng)源效應(yīng)對(duì)視電阻率異常形態(tài)與量值的影響，這此因素的存在將對(duì)判斷異常源屬性及其產(chǎn)狀、邊緣形態(tài)產(chǎn)生一定程度的影響，使反演深度存在一定的誤差，成果利用中定性解釋評(píng)價(jià)比定量解釋更加準(zhǔn)確。