直流電測(cè)深法在水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用

庫(kù)漢鵬，王圣民，關(guān)小偉

（浙江省水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊(duì)，浙江 寧波 315000）

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，傳統(tǒng)的水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查工作已經(jīng)不能再適應(yīng)社會(huì)的需要。新時(shí)期下，社會(huì)對(duì)水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查提出了更多新的要求。為了更好地服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，查清區(qū)域內(nèi)的水工環(huán)地質(zhì)情況，本研究開(kāi)展了區(qū)域內(nèi)的水工環(huán)基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查工作。

物探是水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查中重要的調(diào)查方法之一，直流測(cè)深法作為一種物探方法，將在水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查中起到重要作用。

1 直流電測(cè)法

1.1 基本原理

直流電測(cè)深法屬于直流電阻率法中的一種，簡(jiǎn)稱電測(cè)深法（Resistivity Sounding），是以地下巖土體的電性差異為物理基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)地下半空間天然或人工電場(chǎng)分布的研究，來(lái)解決有關(guān)地質(zhì)問(wèn)題的一種物探方法。

在地下半空間中，穩(wěn)定電流場(chǎng)遵循歐姆定律和克?；舴虻谝欢?，用公式表達(dá)為：

將（1）代入（2）式便得：

在均勻介質(zhì)中，ρ為常數(shù)，故應(yīng)滿足：

此式即為拉普拉斯方程，是均勻?qū)щ娊橘|(zhì)中求解穩(wěn)定電流場(chǎng)的基本公式，也就是穩(wěn)定電流場(chǎng)在任一點(diǎn)的電位方程。

為測(cè)定勘查體積所涉及的范圍內(nèi)幾種巖層的綜合視電阻率值，通常在勘查體表面布置對(duì)稱四極裝置，即兩個(gè)供電電極A、B，兩個(gè)測(cè)量電極M、N，它們對(duì)稱與觀測(cè)點(diǎn)O布置。當(dāng)通過(guò)供電電極A、B向地下發(fā)送電流時(shí)，就在地下半空間建立起穩(wěn)定的電場(chǎng)，然后測(cè)得M、N處觀測(cè)電位差ΔUMN大?。?/p>

式中：I為供電電流強(qiáng)度；ρs為勘查體的綜合視電阻率；根據(jù)上式可導(dǎo)出勘查體的綜合視電阻率表達(dá)式為：

然后在同一測(cè)點(diǎn)上逐次增大供電電極距，使勘探深度由小逐漸加深，可觀測(cè)到測(cè)點(diǎn)處沿深度方向由淺至深的視電阻率變化規(guī)律。

1.2 直流電測(cè)深法的特點(diǎn)

電測(cè)深法方法簡(jiǎn)單成熟，成本相對(duì)較低，有對(duì)稱四極、三極、三級(jí)聯(lián)合、偶極等裝置，可根據(jù)勘探對(duì)象進(jìn)行選擇，局限是該方法適合在地勢(shì)開(kāi)闊平坦區(qū)開(kāi)展工作，受地形的影響較大。

1.3 在水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用

區(qū)域水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查包含水文地質(zhì)、工程地質(zhì)及環(huán)境地質(zhì)調(diào)查3部分內(nèi)容。水文地質(zhì)主要調(diào)查區(qū)域內(nèi)地下水類型、埋藏、分布、形成條件、物理及化學(xué)性質(zhì)、運(yùn)動(dòng)規(guī)律等；工程地質(zhì)調(diào)查主要調(diào)查區(qū)域地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、巖土體類型及其工程性質(zhì)，劃分工程地質(zhì)巖組，構(gòu)建區(qū)域工程地質(zhì)概念模型與主要工程地質(zhì)問(wèn)題模型，評(píng)價(jià)工程經(jīng)濟(jì)活動(dòng)適宜性；環(huán)境地質(zhì)調(diào)查主要查明工作區(qū)地質(zhì)環(huán)境與人類活動(dòng)相互作用產(chǎn)生的環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題與地質(zhì)災(zāi)害，評(píng)價(jià)其對(duì)人類生存和發(fā)展的影響，為生態(tài)建設(shè)和環(huán)境保護(hù)服務(wù)。

在區(qū)域水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查中，直流電測(cè)深法主要應(yīng)用在深埋區(qū)的基巖埋深、基底形態(tài)、劃分第四系松散層結(jié)構(gòu)、隱伏地質(zhì)構(gòu)造、斷層、含水層厚度、凍土層下限等勘查。

2 應(yīng)用實(shí)例

2.1 工作區(qū)概況

工作區(qū)位于姚江谷地河姆渡鎮(zhèn)一帶。測(cè)區(qū)南部和北部為基巖出露的山區(qū)，余姚江穿溝谷而過(guò)，往東南方向流動(dòng)，匯入甬江，最終匯入東海。

2.2 直流電測(cè)深法的應(yīng)用

2.2.1 直流電測(cè)深法的數(shù)據(jù)采集

在本次水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查中，工作區(qū)內(nèi)布設(shè)了4條垂直于姚江流向的測(cè)線，測(cè)點(diǎn)間距200 m。

電測(cè)深法施工時(shí)采用對(duì)稱四極裝置，供電極距AB/2和測(cè)量極距MN/2如表1所示。直流電測(cè)深野外數(shù)據(jù)采集使用重慶地質(zhì)儀器廠的DZD-6A多功能直流電法（激電）儀。

表1 直流電測(cè)深供電極距與測(cè)量極距對(duì)照

電測(cè)深數(shù)據(jù)采集時(shí)需隨機(jī)選取總工作量3%～5%進(jìn)行系統(tǒng)質(zhì)量檢查，質(zhì)量檢查觀測(cè)均方相對(duì)誤差按下式計(jì)算：

式中：M為某個(gè)質(zhì)量檢查點(diǎn)的均方相對(duì)誤差；μi為第i個(gè)參加評(píng)定的單個(gè)極距的相對(duì)誤差；n為某測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)；ρa(bǔ)i、ρa(bǔ)i'分別為第i個(gè)供電電極距上同組MN的基本觀測(cè)數(shù)據(jù)與系統(tǒng)觀測(cè)數(shù)據(jù)的視電阻率值。

經(jīng)計(jì)算，本次采集數(shù)據(jù)的均方相對(duì)誤差為±3.63%，滿足DZ/T0072—1993電阻率測(cè)深法技術(shù)規(guī)程的要求。

2.2.2 直流電測(cè)深法的數(shù)據(jù)處理

直流電測(cè)深數(shù)據(jù)處理采用吉林大學(xué)開(kāi)發(fā)的GeoElectro-VES2005電法軟件。首先對(duì)一條測(cè)線上每個(gè)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行一維反演，得到一維反演圖（圖1）；然后利用一維數(shù)據(jù)對(duì)該條測(cè)線數(shù)據(jù)進(jìn)行反演計(jì)算，得到該測(cè)線的反演剖面圖（見(jiàn)圖2）。

圖1 測(cè)線07測(cè)點(diǎn)一維反演圖

圖2 測(cè)線D2二維反演視電阻率斷面

2.2.3 直流電測(cè)深法成果分析

在D2測(cè)線的二維反演圖，可以清晰地看到一個(gè)視電阻率突然變化的界面，視電阻率從30 Ω·m變大到80 Ω·m，判斷該界面為中風(fēng)化基巖頂界面，結(jié)合鉆孔ZK42數(shù)據(jù)，確定了該界面深度。

運(yùn)用該方法獲得了其他測(cè)線的中風(fēng)化基巖界面，將所有測(cè)點(diǎn)的基巖埋深和測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)導(dǎo)入到surfer中成圖，得到了該測(cè)區(qū)的基巖埋深圖（見(jiàn)圖3）。

從圖中可以看到，測(cè)區(qū)基巖面呈中間高，兩側(cè)低的馬鞍形態(tài)，因此可以判斷出“馬鞍”兩側(cè)的地下水流場(chǎng)相互獨(dú)立，

屬于不同的水文單元，這與收集資料結(jié)論相符。

圖3 測(cè)區(qū)基巖起伏面三維圖

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)該實(shí)例說(shuō)明，直流電測(cè)深法能夠以較低的成本，較為準(zhǔn)確地探測(cè)出測(cè)區(qū)基巖埋深和基底形態(tài)，確定第四系松散層厚度。直流電測(cè)深法在本次水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查起到了很好的作用。