高密度电法在某断裂构造勘查中的应用

【前言】高密度电法在某断裂构造勘查中的应用由文秘帮小编整理而成，但愿对你的学习工作带来帮助。1.工程概况 太行山位于我国中部，大地构造位置位于华北陆块中南部，新生代东亚裂谷活动形成的中国东部巨型盆岭构造系的太行山隆起地带，区内新构造运动发育，特征明显。根据井沟岭隧道右线出口测区电性分布情况，上部为第四系覆盖，下部为泥岩及奥陶系灰岩，根据常见...

【摘 要】本文应用高密度电法对青兰高速公路工程地基断裂构造进行勘查，确定断裂破碎带的位置、产状及断距等，为公路工程施工处理提供了可靠的基础资料。总结了高密度电法在公路工程断裂构造勘查中的有效性和适用性。

【关键词】高密度电法；电阻率成像；断裂构造

引言

公路修筑过程中，选择有效的物探方法先行对路基进行勘查，为公路施工处理提供基础资料，对确保工程质量、降低勘探成本具有非常重要的意义。断裂构造是各种工程地基勘查中常见地质灾害之一，由于其产状一般较陡，需要高精度、高分辨率的物探采集及处理技术。

青海至兰州高速公路河北邯郸段穿越太行山脉，需要开通间隔40m的双向隧道。本次勘查任务就是对公路所穿越的5个双向隧道之一的井沟岭隧道右线出口及吕祖庙大桥地基进行物探勘查，以确定勘查区断层破碎带位置、产状等，为隧道开挖提供基础资料。根据测区地质及地球物理特征，在井沟岭隧道右线出口采用高密度电法勘测，对吕祖庙大桥地基采用了高分辨率地震勘探，均取得了很好的地质效果。

1.工程概况

太行山位于我国中部，大地构造位置位于华北陆块中南部，新生代东亚裂谷活动形成的中国东部巨型盆岭构造系的太行山隆起地带，区内新构造运动发育，特征明显。根据井沟岭隧道右线出口测区电性分布情况，上部为第四系覆盖，下部为泥岩及奥陶系灰岩，根据常见电阻率数值分布，第四系电阻率较低，为几十欧姆米，破碎带电阻率为数百欧姆米，灰岩电阻率为数千欧姆米以上，因此应用高密度电法勘测具备其应用前提条件。

2.高密度电法勘察的工作原理及工作方法

高密度电法仍然是以岩土导电性差异为基础，通过施加人工稳定电流场，探测地下传导电流分布规律的一种物探方法，其理论基础与常规电阻率法相同，不同之处在于电极布置方式。高密度电法就是采用先进的自动控制理论和大规模集成电路，通过密集的电极布置，获取丰富的地电信息，然后用反演方法获取地下探测区域地质体电阻率分布图像。

电阻率层析成像是利用探测区域周围在各个方向上观测的直流电场来研究地下介质电阻率分布。在介质中发射一次电流形成稳定电流场，由于地下介质的不均一性，使得一次电流场的分布发生变化，这一变化引起测量电极之间电流场的改变，将地面上观测的电位转换成电阻率。由于高密度电法是通过多方位观测得到的投影数据资料，故最终能用以进行电阻率层析成像，反演后可以绘制出电阻率图像，其分辨率比常规电阻率法都高得多。高密度电阻率法可以看作是一种兼具剖面测量和深度测量的层析成像采集方法，见图1 。根据高密度电法不同装置类型的特点及功能，本次勘查使用Geopen-E60BN型高密度电法仪，对井沟岭隧道出口右线的K161+430～K161+115布置高密度电法勘探剖面，根据要求的勘测深度，采用的电极间距为5m，最大隔离系数取15。

图1 高密度电法探测电极滚动和观测点分布示意图

3. 高密度电法资料的处理与解释

高密度电法测量得到的数据是各个电极在勘察区不同位置处岩土体的视电阻率，对野外采集的高密度电法数据全部用二进制数据存储，还需要对数据进行格式转换，进行二维反演，计算出探测区真实电阻率，并以图件形式显示。

本文采用Geopen-EMS高密度电阻率二维反演成像系统，对电法资料进行解释处理和反演解释，反演后的电阻率数据用Suffer成图软件绘制成电阻率等值线断面图，见图2及图3。

图2井沟岭出口K161+430～K161+115

施伦贝格装置电阻率图像及解释推测结果

根据图2及图3电阻率等值线断面图可见，两种方法虽然所测电阻率数值有差异，但电阻率数值有明显差异的地段是一致的。根据图中标注色标，深红颜色表示电阻率高，是奥陶系灰岩的反映，浅绿颜色表示电阻率低，是断层破碎带的反映。在温纳装置图中的160测点和施论贝格装置图中的157测点位置附近是电阻率有差异的分界线，在此分界线的两侧，分布有电电阻率高，同时从电阻率等值线特征看，存在电阻率的梯级带，分析处于高阻等值线之间的低阻区段（图中绿色区域）为断层的反映。根据低阻带的倾斜方向，推断断层产状较陡，基本向南西倾斜，倾角约60°，根据低阻带的分布宽度可以判定该断层断距超过80m。位于图上的160至240之间。断层向下延深超过40m。根据钻探验证结果符合实际情况。说明高密度电法勘查断裂构造的有效性。

图3 井沟岭出口K161+430～K161+115

温纳装置电阻率图像及解释推测结果

4.结束语

（1）本次利用密集的电极布置对断裂构造进行勘查，获得了丰富的地电信息，为高精度反演、利用二维电阻率成像技术重构地下介质清晰的电阻率图像及高精度确定断裂构造、破碎带位置提供了可靠保证。

（2）合理选择物探方法及技术参数至关重要。同一地质体可以选用多种物探方法勘测，以减少多解性；而同一勘测区的同类地质灾害也可以选择不同物探方法勘测，目的是免受干扰，减少多解性，获得最佳的勘测效果。

参考文献：

[1]《工程地球物理学报》2011年第04期.

[2]《上海地质》2007年03期.

[3]《山西建筑》2012年第24期.