高密度电法工程物探案例

高密度电法工程物探案例

一、地形构造情况

贵州省某区地势西北部和东南部高，中部低，由西北、东南向中部江河谷倾斜。江水流域岩溶侵蚀地貌、中高山高原峡谷地貌，河谷多深切峡谷，沿河两岸悬崖陡壁多，最大切割深度300 m 左右。在远离河谷的山原面上，岩溶丘陵分布广泛，地面起伏相对高差200 ～ 300 m。受区域构造控制，研究区主要构造在燕山期形成褶皱运动，并在其核部形成了两期次断裂（附地质图），依次是：（1）前期发生强烈褶皱运动，受北北西—南南东的挤压造山影响，同时形成了正断层，体呈北北东-北东向分布；（2）后期又形成了北西西向的正断层该组断层切割早期形成的正断层，这些断层的存在证据得到了高密度电法的支持。
 
研究区地形图

二、地球物理勘察地热分布

从地质调查情况分析，该区域分布的地层主要有奥陶系和志留系，奥陶系地层以灰岩为主，志留系地层以砂岩、泥岩为主。一般情况下，第四系地层为低电阻率反映，而基岩为高电阻率反映，由于水的导电性较强，而围岩电阻率较高，运用电阻率法能很轻松地找到地下电阻率的分界面。而岩溶发育的岩体与岩溶不发育的岩体具有明显的电性差异：溶槽、溶沟通常充填有土类充填物，视电阻率呈现低阻异常；位于水位以下或土类充填的溶洞，视电阻率呈现低阻异常；空洞或半充填溶洞，视电阻率呈现高阻异常。同时，在断层发育位置，由于岩体较破碎，其视电阻率会随着岩体破碎的程度而降低，因此通过这种地电性质，我们可以很轻易的利用电阻率法找到富、集水区域或岩性分界面、断层界面，从而确定地下裂隙的发育情况和断层走向。这一特性构成了我们此次对沿河县地热进行工程物探的地球物理前提。
通过野外地热地质基础调查，初步查明了测区内地层、构造情况，本次高密度电法勘探的主要任务为大致了解区内的地层厚度及构造发育情况，故解释时以分析构造发育情况作为重点。根据测区基础水文地质条件，分析了地下水、地热资源的补给、径流及排泄条件。研究区构造演化较为复杂，地下水的类型主要为裂隙水及灰岩中的岩溶水。首先，宏观分析了区域热矿水的控矿构造特征，比较了分布于该断层的温泉出露情况，重点分析了相邻地区温泉的地热赋存情况及其成矿机理，便于建立本区温泉资源赋存条件模型；然后分析了整个贵州省地热赋存情况及其成矿机理，对项目区有一定的参考价值；最后建立了项目区地热地质模型理论框架，设计项目区地热资源勘查工作方案。
三、仪器选择
本次高密度电法工作采用的仪器是多功能电测仪配合配以多路电极转换器构成高密度电阻率测量系统，该系统具有存储量大、测量准确快速、操作方便等特点，并且可方便地与国内常用高密度电法处理软件配合使用，使解释工作更加方便直观。该系统可广泛应用于能源勘探与城市物探、铁道与桥梁勘探、金属与非金属矿产资源勘探等方面, 亦用于寻找地下水、确定水库坝基和防洪大堤隐患位置等水文、工程地质勘探中, 还能用于地热勘探。

仪器的主要特点和功能如下：
· 准确、高效：在保持良好重复性的前提下，测量一个552个点的断面所需时间一般不超过15分钟
· 超大存储：在高密度方式I（只存储电阻率参数），可存储不小于43680次的测量值；在高密度方式II（存储电阻率与电流参数），可存储不小于21840次的测量值。掉电亦不丢失。
· 接地检查：在野外工作中，可随时方便、快捷地检查各电极接地是否良好。
· 电极排列：装置类型多达18种且可扩展。既可按固定断面（电极排列有AMNB、ABMN、AMBN、AMN、MNB、A-MN-B、自电M、自电MN、充电M、充电MN）扫描测量又可按变断面连续滚动扫描测量（电极排列有A-M、A-MN、AB-M、AB -MN、MN-B、A-MN矩形、A-MN-B、跨孔偶极）, 其中, 连续滚动扫描测量可在电极总数不变的情况下允许测量断面连接至任意长, 便于长剖面追踪,使用户得以低成本、高时效解决实际问题。
· 所有电极排列测量断面均可任意指定断面起测电极号，方便、灵活。

四、高密度电法工作原理

随着电法勘探在工程地质勘察应用领域的不断扩展，对技术方法提出了超浅层、超密度等一系列高难要求。要求电法勘探解决的问题，不仅有第四纪地质研究问题，也有基岩地质以及近代和古代人文活动遗迹勘察等各个方面的问题。近年来，国内外开展了高密度电阻率剖面法勘探技术研究，该方法具有较高的分辨率，在调查地下谁及工程等方面取得了较好的效果。
高密度电阻率法实际上是一种阵列勘探方法，野外测量时只需将全部电极（几十至上百根）布设于测点上，然后利用程控电极转换开关和微机工程电测仪便可实现数据的快速和自动采集，当将测量结果送入微机后，还可对数据进行处理并给出关于地电断面分布的各种图示结果。显然，高密度电阻率勘探技术的运用与发展，使电法勘探的智能化程度大大向前迈进了一步。由于高密度电阻率法的上述构想，因此相对于常规电阻率法而言，它具有以下特点：
（1）电极布设是一次完成的，这不仅减少了因电极设置而引起的故障和干扰，而且为野外数据的快速和自动测量奠定了基础。
（2）有效地进行多种电极排列方式的扫描测量，因而可以获得较丰富的关于地电断面结构特征的地质信息。
（3）野外数据采集实现了自动化或半自动化，不仅采集速度快（每一测点约需2～5s），且避免了由于手工操作所出现的错误。
（4）对资料进行预处理并显示剖面曲线形态，脱机处理后还可自动绘制和打印各种成果图件。
（5）与传统的电阻率法相比，成本低，效率高，信息丰富，解释方便，勘探能力显著提高。
高密度电阻率法属于直流，以岩土体的电性差异为基础，研究在施加电场的作用下，地下传导电流的变化分布规律。一次布极可以完成纵、横向二维勘探过程，既能反映地下某一深度沿水平方向岩土体的电性变化，同时又能提供地层岩性沿纵向的电性变化情况，具备电剖面法和电测深法两种方法的综合探测能力。高密度电法勘探示意图如下。图中A、B为发射电极，M、N为测量电极。通过发射和接收电极极距的变化，反映电阻率随深度的变化。
 
高密度电阻率法勘探示意图
在野外进行工作时，高密度电法采用温纳排列装置，为获得更多的信息及足够的探测深度，电极距采用5m进行观测，电极数120个，单条测线长度600m。实际观测时，电极钉均用泥土封孔，浇灌盐水，保证了电极接触良好性。每个排列的观测始末均对仪器和多路转换器的电源电压测量，对于仪器电源电压低于规定时，及时更换了电池。对观测中出现误差较大的点，均在现场查明原因并进行了及时处理。工作中，对高密度电缆线定期检查其完好程度，对不符合规范要求的电线，在现场查明了原因，采取了措施，及时进行了处理。
 
温纳装置扫描剖面示意图
 
野外数据采集是整个物探工作的关键，依照《电阻率测深法技术规范》（DI/T0072-93），对高密度电法勘探方法的质量进行评价，符合《电阻率测深法技术规范》要求。

五、物探资料数据处理

野外采集数据经过瑞典RES2DINVE反演、并运用SURFER软件配合，绘制出各剖面视电阻率等值线图，通过反演后的视电阻率剖面结合钻孔资料进行定性定量分析。
 
本项目区采用上述仪器和数据处理流程得到了视电阻率剖面，再结合地热资源（温泉）成矿理论，分析了测区地质构造对地热资源的影响，为初步建立测区温泉资源模型提供了一定的依据。