Question

-D高密度电法勘探应用实例

Answer 1

下边，我们看几个复杂地质区域的3-D高密度电法勘探例子。

5.4.1 一次3-D高密度电法野外勘探实验

本次野外试验采用常规3-D电阻勘探方法，利用50根电极的多通道电极系统进行勘探，电极测网为7×7，相邻电极之间的单位电极距为0.5 m（图5.20），两根无穷远电极布设在距测网大于25 m的地方来减少对视电阻率观测值的影响，为了减少勘探时间，采用了交叉对角线观测技术，地下已知的高度非均匀体由砂和砾石组成。图5.21a为6次迭代反演后得到的模型水平方向的切片，在左上角象限和第二层右下角的两个高阻区域可能是砾石层，在勘探区边缘第一层下部呈线性特征的两个低阻区域是由梧桐树的树根引起，砾石层垂直交叉穿过模型（图5.21b）较清晰，反演模型表明，该区地下电阻率分布不均匀，短距离内变化迅速，在这种情况下，2-D电阻率模型（和传统的1-D电阻率测深模型）的准确程度可能不够。

图5.20 伯明翰某地3-D勘探实验电极布设

5.4.2 沉积物探测

这次探测采用3-D滚动采集技术，测网覆盖相对较大，达到21×17（Dahlin et al.，1997），为了缩减探测时间，采用了平行多电极电缆，在瑞典南部Lernacken对一全封闭的淤泥沉积物进行了探测，七根平行的多电极电缆覆盖21×17的测网，相邻电极间的极距为5 m，这套数据总数为3840个数据点。

这次探测，电缆最初布设在x方向上，并在x方向进行了观测，每次观测后，电缆逐步向y方向移动，直到测网结束。在大测网的勘探中，如该探测实例，共同限制最大极距，一旦选择了最大极距就决定了探测的最大深度，在这种情况下，测线沿x方向的总长度为100 m时，最大电极距为40 m。

从这套数据反演获得的模型来看（图5.22），顶部两层低电阻率区域的池塘淤泥污染地下水十分明显（Dahlin et al.，1997），化学采样分析证实了该结论。底部两层低电阻率区域是由附近富含盐分的海水引起，图5.23为3-D反演模型。

5.4.3 考古探测

帕里翁（Parion）墓地位于古特洛亚东北部，是一处公元前4世纪前半叶至古罗马时期的墓葬群。本次抢救性发掘探测采用温纳-斯伦贝格（Wenner-Schlumberger）装置，探测面积为23m×7.5m，在探测区域内布设了6条测线，每条测线长23 m，线距为1.5 m。采用2-D反演技术反演数据，显示时采用3-D可视化技术，为了突出其电阻率的变化情况，采用电阻率值的自然对数显示。从2-D反演结果来看（图5.24），推测高电阻率（＞2.7 1gΩ·m）区域与人为建造结构有关，较低的电阻值（1.8～2.5 lgΩ·m）为覆盖层。为了查看整个探测面积的电阻率分布情况，把并行的电阻率剖面线性插值为拟3-D地电模型（图5.25）显示，从模型来看，高电阻率区域（黑色矩形区域）与人造结构有关。从数据提取的水平切片（图5.26）可以显示高电阻率区域的横向范围，从切片来看，异常深度范围从0.25～1.75 m（黑色矩形），在1.25～2.25 m（黑色箭头）深处的反常现象可能预示着一个较小的人造结构位置，高电阻率值深度不超过2.5 m。这些探测信息有力地揭示了该墓葬群的规模和结构，为后期挖掘提供了依据，并得到了挖掘的验证。

图5.21 伯明翰某地探测实验数据反演获得的水平、垂直切片

图5.22 Lernacken Sludge沉积物3-D勘探反演模型（水平切片）

5.4.4 管线探测

工区位于北京郊区，测区地形平坦，表层大多为第四系覆盖的粉质粘土和砂质粘土。由于施工测量在6月雨季，且区内植被茂密，表层的含水量高于深层的含水量，但潜水面位于100 m以下。第四系粉质粘土和砂质粘土与自来水管道的电性差异较大，这为探测自来水管道的位置和深度提供了良好的物性基础。

图5.23 Lernacken污泥沉积物探测数据反演模型的3-D视图

图5.24 6条测线的地电剖面

三维高密度电法工作布置采用8×12的矩形网格。为满足三维高密度电阻率勘探线距不大于二倍点距的要求，装置参数设置为:4m线距，2m电极距，共96根电极，横向8根电极，纵向12根电极，蛇形布线，如图5.27所示。

从三维电阻率反演数据体的动态切片（图5.28）可知，管道直径约2.1 m，中心点深度在3m左右，走向可以从剖面上很直观地显示出来。工程钻探验证结果为:水管顶部距地表2m，管道直径2m，管道中心点深度3m，与三维电阻率反演剖面相一致。

图5.25 探测区域拟3-D地电模型

图5.26 拟3-D电阻率分布水平切片

5.4.5 煤矿斑裂区探测

协庄煤矿四采斑裂区探测区，为一500 m×80 m矩形区域，面积4万m²。本次高密度三维电法勘探数据采集使用的是WJDJ-3型高密度电阻率系统，采用二极装置的三维电法采集方法。二极装置是供电电极C₂和测量电极P₂均放置到无穷远处，通过增加供电电极C₂和测量电极P₂的距离来实现电阻率测深一种装置，具有勘探深度大，数据量多，尤其对上部为低阻，下部为高阻的水平产状体具有良好的分辨能力。四采斑裂区布设测线3条，每条长度500 m，合计测线长度1500 m，布设电极150根，采集有效数据4500个。为保证数据采集质量，数据采集时每次都进行了2次以上的重复采集。

图5.27 三维高密度电法布线方式

图5.28 三维电阻率成像

图5.29 斑裂区地下电阻率三维数据体

图5.29为三维高密度电法勘探成像数据体。根据2、4煤层的埋深，结合地层倾角，对数据体进行了顺层切片，分别得到了2煤（图5.30）、4煤（图5.31）顺层切片。分析4煤顺层切片（图5.31），从图中可以看到，在切片上从长150～210 m，宽度10～50m处，从长370～480 m，宽度5～75 m处，为两低阻异常区域，可解释为4煤盗采区；分析2煤顺层切片（图5.30），在切片上可以看到从长140～220 m，宽度为0～45 m处，从长380～490 m，宽度为0～80 m处，存在两处低阻异常区域，且异常区域范围与4煤盗采区重合，可解释为2煤异常区。异常区内2煤层由于下伏4煤采空区冒落影响而遭到破坏，因此漏水区域重点圈定上述两低阻异常区，经打钻验证，符合上述解释情况。

图5.30 四采斑裂区地下电阻率三维数据体顺2煤层切片

图5.31 斑裂区地下电阻率三维数据体顺4煤层切片