沈山老水库基岩电阻率特征分析

宋健[1],曹磊[2]

2.江苏省地质勘查技术院  江苏南京

摘要：本研究利用二维高密度电阻率法对安徽省含山县沈山老水库库区12米以浅的地层进行了探测，经Res2dinv采用最小二乘法反演，并根据视电阻率等值线的规律，形成反演图。勘探区的覆盖层厚度、基岩埋藏深度等地质条件在反演图上都能清晰展现，并结合钻探加以验证，结果与物探电阻率特征分析推测深度基本吻合。

关键词：高密度电阻率法 视电阻率 覆盖层 基岩

1 引言

含山县沈山老水库地处昭关镇境内，是一座以农业灌溉为主，兼具防洪、养殖等综合功能的小（2）型水库。根据前期钻探成果，库区内主要基岩为灰岩，且发现有溶洞发育，但溶洞多被粉质粘土混碎石所填充。为查明库区12米以浅覆盖层厚度及基岩分布规律，物探工作采用高密度电阻率法，并选取异常点位布置钻探工作加以验证。高密度电阻率法优点主要是将电剖面法和电测深法集中一体，不仅能够反映出测线最大勘测深度范围内的横向电阻率的变化特征，而且还能够反应出垂向电阻率变化情况。电极布置工作一次完成，采集数据效率快，精度较高，根据极距可调节探测深度，反馈地质信息特征清晰等特点，在工程地质勘察中得到了很好的应用[1]。

2 地质概况

2.1地层岩性

根据区域地质资料，含山县地层属于扬子地层区下扬子地层分区和县—安庆地层小区，结合现场地质调查工作，工程范围内主要揭露地层为第四系上更新统下蜀组粉质粘土（Q4），出露基岩主要有三叠系中通青龙组（T1q）灰岩和页岩、二叠系上统龙潭组（P2l）煤层、二叠系下统栖霞组（P1q）灰岩、二叠系下统孤峰组（P1g）硅质岩夹硅质页岩、石炭系上统船山组灰岩（C3c）、泥盆系上统五通组砂岩（D3w）、志留系中统坟头组砂岩（S1f）等[2]。

2.2地球物理特征

土（岩）层由于其含水率、包含物及成因的不同，使其物理性质存在差异性。这种差异性为利用高密度电法进行划分覆盖层厚度、基岩埋深提供了必要的前提。勘探区内粉质粘土、粘土、灰岩及煤层的导电性不同，使其视电阻率存在明显差异。如粉质粘土、粘土中含水率的增加，是其电阻率表现为下降趋势；煤层中混入物含量增加，电阻率出现上升趋势。根据现场测量经反演得到的数据与钻孔揭露的地层对比，勘探区内各地层的电阻率值：粉质粘土、粘土范围20.0-39.0Ω.m，煤层范围1.0~5.0Ω.m，煤层混页岩、泥岩范围5.0~20.0Ω.m，灰岩范围＞39.0Ω.m

3 技术方法

3.1工作原理

使用高密度电阻率法的前提是土（岩）的导电性存在差异性，在人工施加稳定电压（50V、100V、200V等）形成稳定电流场，研究在其影响下土（岩）中传导电流分布变化规律的一套电探方法。首先根据探测深度将多根电极(60~120根)，按一定极距(1~5米)垂直于测深点或剖面排列，然后通过电缆、MIS-10C级联式多路电极转换器与测量仪器（DZD-8多功能全波形直流电法仪）相连。测量时，直流电法仪通过指令控制开关控制箱按照设定的排列顺序给电极供电[3]。根据探测过程中设定的跑极方式，可分将装置分为不同的方式，现在已由最初的温纳装置、偶极装置、微分装置，发展到三极装置、复合对称四极装置、施伦贝尔装置、温纳α装置、温纳β装置、温纳γ装置等十几种[4-5]。

3.2工作方法

本次高密度电阻率法探测仪器采用由中地装（重庆）地质仪器有限公司生产的DZD-8多功能全波形直流电法仪，它是集电流电位全波形记录、32位A/D、大功率控制、嵌入式实时操作系统现场可编程阵列逻辑等当今最新电子技术的新一代多功能直流电法仪[6]。

本次选取1个测试区，采用了温纳α装置，电极间距1米、电极数目120根、最大剖面层数为25。

野外测量时，将120根电极按照1米的间距，安插在剖面3-3’的相对应点位上，然后通过电缆、MIS-10C级联式多路电极转换器与直流电法仪串联在一起，经接地电阻自检通过后（若该过程中出现异常，需根据实际情况处理对应电极），按照温纳α装置设置，仪器可实时、高效、自动采集相关数据，待数据采集完成后，通过Res2dinv软件对数据进行处理，得到计算电阻率的反演云图。

4成果分析

利用瑞典高密度处理软件得到的计算电阻率反演云图，见图2，探测深度12.5m。云图横坐标为测距，纵坐标为大地高程。

图2高密度电法视电阻率反演云图（温纳排列（α））

由反演云图可以看出，该剖面上电阻率值变化较大。结合库区内已完成钻探资料，对云图进行解译，特征分析如下：（1）在电极号0~119浅层，电阻率值主要分布20.0~39.0Ω.m范围内，推测为①第四系上更新统下蜀组粉质粘土，局部段表层电阻率较高，结合现场情况，推断为堆填碎石及灰岩碎块。（2）在电极号22~48中下部，出现低阻值异常区域，电阻率值主要分布1.0~5.0Ω.m范围内，推测为②二叠系上统龙潭组（P

2l）煤层或充水、粘性土溶洞。（3）在电极号56~85中下部，出现阻值异常区，电阻率值主要分布5.0~20.0Ω.m范围内，推测为③层煤层混页岩、泥岩或含水率较高的粘性土。（4）在电极号86~110，出现高阻值异常区域，电阻率值＞40.0Ω.m，推测为④灰岩。

5钻探验证

为了对高密度电阻率法解译成果进行验证，分别在31、61、74号电极处布置钻孔。由31号电极处岩芯可以看出，0.0m~4.5m为硬塑的粉质粘土，现场编录发现该层夹较多砾石、铁锰质结核，4.5m-25.0m为煤层，由于该层上部为煤层混页岩、泥岩，呈粉质粘土状态，故在云图上视电阻率略大于含煤量较高地层的视电阻率；由71号电极处岩芯可以看出，0.0m~4.8m为硬塑的粉质粘土，底部夹少量煤层，4.8m~10.0m为煤层混页岩、泥岩，呈粉质粘土状态；由74号电极处岩芯可以看出，0.0m~3.8m为硬塑的粉质粘土，底部夹少量煤层，3.8m~10.0m为煤层混页岩、泥岩，呈粉质粘土状态。

综上所述，物探解译成果与钻探成果较为吻合。

6结论

不同土（岩）层包含物、含水率的不同，其电阻率有不同的反映。本次高密度电阻率法基本探明勘查区12米以浅覆盖层厚度、基岩分布情况，与钻探结果基本吻合。

高密度电阻率法在探测基岩埋深、地下富水区、空（溶洞）洞方面具有高效、准确、经济等优点，且对场地条件要求不高，可为工程建设节省勘察费用。但由于物探解译的多解性，在一定程度上需要结合钻探工作及其它资料进行验证。

参考文献

[1]张海江,史红.高密度电阻率法在江西某岩溶地区勘探中的应用[J].勘察科学技术,2014(06):61-64.

[2]陈学锋,丁海亮,李莉莉,汤皓,付文博.安徽昭关温泉形成条件及地热水化学特征分析[J].地下水,2017,39(05):51-53.

[3]邓超文. 高密度电法的原理及工程应用[J]. 韶关学院学学报, 2007,28(6):65-67.

[4]陈阳.高密度电法不同装置的勘探效果对比观察[J].中国金属通报,2021(3):159-160.

[5]严加永,孟贵祥,吕庆田,张昆,陈向斌.高密度电法的进展与展望[J].物探与化探,2012,

36(04):576-584.

[6]重庆地质仪器厂DZD-8多功能全波形直流电法仪[J].地质装备,2017,18(02):47-48.