高密度電法在河流穿越工程中的應(yīng)用

李大龍

（大慶油田設(shè)計院有限公司，黑龍江 大慶 163453）

0 引言

高密度電法是集測深和剖面法于一體的一種多裝置、多極距的組合方法，它具有一次布極即可進行多裝置數(shù)據(jù)采集以及通過求取比值參數(shù)而能突出異常信息的特點。野外測量時只需將全部電極(幾十至上百根)置于測點上，然后利用程控電極轉(zhuǎn)換開關(guān)和微機工程電測儀便可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的決速和自動采集，當(dāng)將測量結(jié)果送入微機后，還可對數(shù)據(jù)進行處理并得出關(guān)于地電斷面分布的各種圖示結(jié)果。

1 高密度電法方法原理

高密度電法以巖、土體的導(dǎo)電性差異為物理基礎(chǔ)，通過觀測和研究人工建立的地下穩(wěn)定電流場的分布規(guī)律從而達到解決地質(zhì)問題的目的。通過A、B電極向地下供電流I，在M、N極間測量電位差△V，從而可求得該點（M、N的中點）的視電阻率值ρs=K?△V/I（K為裝置系數(shù)）。高密度電法在探測剖面可同時布置多道電極，通過自動控制轉(zhuǎn)換裝置，改變供電電極和接收電極的位置，依據(jù)供電電極距與探測深度的比例關(guān)系，實現(xiàn)不同深度地電斷面的測量。兼具剖面法與電測深法的效果，具有點距小、數(shù)據(jù)采集密度大的特點，二維地電斷面能較直觀的反映不同性質(zhì)巖土體的位置、界限、埋深等地質(zhì)信息[1]。

當(dāng)巖體完整時，視電阻率圖像成層狀分布，透過表層（水）后其視電阻率沿垂直方向應(yīng)呈升高趨勢，并且在或覆蓋層和基巖的分界面應(yīng)有明顯的視電阻率差異。當(dāng)巖體中存在斷層、破碎帶等滲水通道時，圖像中層狀特征遭到破壞，出現(xiàn)條帶狀或橢圓形低阻色塊，使得某些層位被錯開、拉伸發(fā)生畸變。

2 工作區(qū)簡況

本次穿越地段所處地貌單元屬河床及兩側(cè)漫灘，穿越段西北為低山區(qū)，左岸為沖積平原，北接河流中上游強起伏臺地區(qū)，南接平原區(qū)域的波狀臺地區(qū)，穿越南北兩岸場地均較平坦。地表由第四系沖積、洪積粘性土類及砂土、碎石土組成，表層為黑土、草甸土、暗棕壤和沼澤土，地表植被發(fā)育。

3 野外工作方法

本次高密度電法勘察采用國產(chǎn)（DZD-6A）多功能數(shù)字直流激電儀為測控主機，配以120道多路電極轉(zhuǎn)換器構(gòu)成高密度電阻率測量系統(tǒng)。

依據(jù)施工前內(nèi)業(yè)布置的測線位置，利用GPS全球定位系統(tǒng)導(dǎo)航模式布置測線，然后沿測線對陸域進行清障，再用測繩量距布置電極位置。為了更好地對高密度電法數(shù)據(jù)進行地形改正，對電極位置用GPS全球定位系統(tǒng)逐點測量，采集平面和高程 信息。

4 數(shù)據(jù)采集與處理流程

數(shù)據(jù)采集時，對每個電極位置實地測量，在此基礎(chǔ)上進入數(shù)據(jù)處理階段；數(shù)據(jù)處理采用“Res2dinv”軟件，基本流程數(shù)據(jù)編輯--改變程序設(shè)置--資料反演--地形改正--顯示--輸出。

5 勘察成果綜合分析

5.1 工程地質(zhì)特征

解釋依據(jù)從已知到未知的原則，通過分析已有過鉆孔高密度電法反演剖面（如圖1所示），建立巖性（構(gòu)造）與視電阻率等值線變化間的關(guān)系，按照變化規(guī)律推廣至中線剖面[2]。

圖1 高密度電法反演剖面

各電性層位與地層對應(yīng)關(guān)系如下所述：

（1）第四系覆蓋層：鑒于工程勘察揭露的素填土層、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層厚度小且分布不連續(xù)，在高密度電法成果中未見明顯界面，故將其與卵石層劃為一層。

該層呈現(xiàn)多處不連續(xù)高阻或相對次高阻等值線閉合環(huán)狀異常、變化率大，視電阻率值變化范圍（200～3500Ω?m）較大，推斷系粗砂及少量黏性土充填、充填組份比存在區(qū)間性。底界面呈現(xiàn)中間高兩頭低的趨勢。水平樁號1段，卵石層底界面總體呈向南微傾斜趨勢，水平樁號2段凸起且略有起伏，3段趨于平穩(wěn)。通過各線測線推斷卵石層底界面所表現(xiàn)差異性，繼而推斷該區(qū)域卵石層底界面各向均存在起伏；

（2）安山巖全風(fēng)化層

該層呈現(xiàn)中高阻特征，視電阻率值變化范圍（40～500Ω?m）大，視電阻率值主要受構(gòu)造和含水率影響。一般地段視電阻率值在200～500Ω?m間變化；過江段視電阻率值在70～200Ω?m間變化，主要由含水率增加引起；過魚塘段視電阻率值在40Ω?m左右，主要受到斷層F3和含水率的影響；

（3）安山巖強風(fēng)化層

該層呈現(xiàn)中高阻特征，視電阻率值變化范圍（50～200Ω?m）較大，視電阻率值主要受構(gòu)造和含水率影響。過魚塘段視電阻率值在50Ω?m左右，整體破碎，主要受到斷層F3和含水率的影響；

（4）安山角礫巖全風(fēng)化層

該層呈現(xiàn)中高阻特征，視電阻率值變化范圍（30～500Ω?m）較大，視電阻率值主要受構(gòu)造和含水率影響。該層界面起伏不大；

（5）安山角礫巖強風(fēng)化層

該層呈現(xiàn)低阻特征，視電阻率值小于等于20Ω?m。推斷內(nèi)部裂隙很發(fā)育，破碎嚴重充水，無法識別該層厚度；

（6）凝灰?guī)r全（強）風(fēng)化層

該層呈現(xiàn)低阻特征，視電阻率值變化范圍（20～50Ω?m）。推斷內(nèi)部裂隙很發(fā)育，破碎嚴重充水，無法區(qū)分全分化層與強風(fēng)化層；

（7）花崗巖中風(fēng)化層

該層呈現(xiàn)低阻特征，視電阻率值變化范圍（20～150Ω?m）。該層分為上下兩個亞層，上部視電阻率漸變（100～200Ω?m），下部視電阻率值小于20Ω?m，推斷內(nèi)部裂隙很發(fā)育，破碎且充水。

5.2 不良地質(zhì)現(xiàn)象

從物探勘察結(jié)果來看（如圖2所示），穿越段被三條大斷裂切割為四個單元，斷層從左至右依次命名為F1～F3，均為正斷層，斷層附近等值線橫向變化劇烈。其中，斷層F1傾向東（傾角86°），影響寬度約為70m；斷層F2傾向西（傾角78°），影響寬度約為60m；斷層F3傾向東（傾角77°），影響寬度約為80m，該斷層?xùn)|側(cè)覆蓋層明顯變厚（由小于10m增至20m左右）。

圖2 斷層分布圖

穿越段（過江部分）經(jīng)過一處巖性變化帶，主要為安山角礫巖全風(fēng)化層、安山角礫巖強風(fēng)化層、凝灰?guī)r全風(fēng)化層、花崗巖中風(fēng)化層和安山巖強風(fēng)化層。隧道下部視電阻等值線近似封閉，影響寬度約240m，電阻率值極低（小于20Ω?m），結(jié)合鉆孔情況，推斷深部破碎程度高且充水[3]。

6 結(jié)語

（1）通過對采集數(shù)據(jù)合理的處理和解譯，本次物探工作依據(jù)電性變化特征，對區(qū)內(nèi)地層進行了劃分；

（2）推斷出穿越段3條斷層及1處巖性變化帶；

（3）穿越場地第⑥2層安山巖分布較為連續(xù)，若主河道采用盾構(gòu)穿越，建議采用該層為穿越 地層；

（4）第④～⑥2層全、強風(fēng)化安山巖、安山角礫巖由于地層巖體破碎，基巖頂面起伏稍大，若采用該層為盾構(gòu)或定向鉆穿越地層，均應(yīng)考慮局部巖體破碎對施工帶來的困難和風(fēng)險。建議設(shè)計和施工時，應(yīng)采取有效措施預(yù)防由于巖體破碎給施工造成的困難和風(fēng)險；

（5）穿越場地上部卵、礫石、中粗砂層，工程地質(zhì)鉆探時成孔較差，定向鉆施工，對于上部松散層，特別是圓礫層，滲透性大，需采用夯套管隔離，或進行場地的固化處理。

通過本次勘察，表明高密度電法在河流穿越勘察中是有效的物探方法之一。松散層由于組分以及含水率的不同，視電阻率變化范圍較大；同一巖性受風(fēng)化程度與含水率的影響，其視電阻率值有所變化，不同巖性受構(gòu)造等因素的影響，會呈現(xiàn)相同的視電阻率值；深大斷裂會引起視電阻率值沿著橫向劇烈變化，等值線呈“面條狀”向深部延伸；小規(guī)模的斷裂引起視電阻率等值線扭曲和錯動。通過對視電阻率剖面的仔細分析，為設(shè)計和施工提供了可靠的基礎(chǔ)資料。