安徽省水利水电勘测设计院勘测分院 安徽蚌埠 233000
摘要：本文通过介绍海南省乐亚水资源配置工程勘察中采用的物探方法及成果应用，阐述了物探勘察方法的优点，说明了综合勘察方法在勘察工作中的重要性及必要性。
关键词：物探 高密度电法 大地电磁法 综合勘察
1 工程概况
海南省乐亚水资源配置工程位于海南省西南部，地跨五指山市、乐东县、三亚市两市一县，通过新建水源工程（向阳水库）、输水工程（引水隧洞）及灌区改扩建，跨流域调水，使新建工程和原有水源工程进行联合优化调度，解决工程区域水资源对城镇供水、热带现代农业灌溉等方面的保障能力，同时考虑工程在改善生态环境、发电等方面的综合利用要求，为建设国际旅游岛创造有利条件。
工程枢纽主要由向阳水库枢纽工程及引水隧洞工程两部分组成。向阳水库为大（2）型、Ⅱ等工程，水库总库容1.5亿m3，拦河坝最大坝高49m，坝型为河床段重力坝、两岸为土石坝组成的混合坝型。引水隧洞引水流量16m3/s，隧洞全长约42.43km，洞径3.5~4.5m。
2 工程区地形、地质概况
工程区位于海南岛西南部，属于南部山地丘陵区，主要发育中低山、丘陵地貌，地形起伏大，沟谷纵横，水系发育，一般源短流急，常暴涨暴落。引水隧洞沿线相对高差最大达700m，沿线植被发育，藤刺丛生，蚂蝗密布，蛇虫出没，人迹罕至，给野外地质工作带来很大困难。
工程区位于华南褶皱系五指山褶皱带中的五指山隆起区，位于北东向潭爷断陷构造带以南，东西向九所——陵水断裂带以北，琼西断隆区以东，区内主要受东西向、北东向断裂构造的控制。
区内出露基岩大多为印支－海西期侵入岩，岩性主要为中粗粒含斑—似斑状黑云母正长（二长）花岗岩、细粒似斑状－中粗粒（少斑状）角闪黑云正长花岗岩、中粗粒（少斑）角闪黑云石英正长岩、细中粒似斑状（细粒含斑）黑云二长花岗岩等，块状构造，局部有定向构造，似斑状结构，细中粒~中粗粒花岗结构。海南地处于热带季风气候区，干湿季节明显，岩石易于解体，基岩风化作用强烈，风化速度比国内其他气候带快得多，风化层巨厚，一般达10~20 m，局部可达30m以上。受此影响，野外地质工作可观察的基岩露头较少，地质测绘工作较为困难。
3 勘察工作方法的选用
工程勘察工作的常规方法主要为工程地质测绘、钻探及坑探，但工程地质测绘受工作区基岩露头情况的限制，钻探及坑探受工作条件、地层情况、岩芯采取率的影响较多。针对本工程来说，山区工作条件恶劣，地层风化剧烈风化层较厚，基岩露头较少，岩体破碎岩芯采取率低，深埋隧洞勘察无法布置太多钻探工作量且有效工作量较少，采取常规勘察方法不能准确的查明地质情况。而物探勘察设备轻巧，隧洞沿线大部分均可布置工作，适用于各种不同的地质条件和比较恶劣的野外环境。
工程物探是以地下岩土体的导电性、导磁性和介电性差异为基础，通过探测地表和地下地球物理场，分析其变化规律，来确定被探测地质体在地下赋存的空间范围和物理性质，从而解决工程上一些地质问题。工程区内出露岩性以花岗岩为主，整体为高阻岩体，故基岩与第四系覆盖层存在较为明显的电阻率差异；工作区降水量较多，区域断层破碎带含水率较高，整体为呈现低阻，与较完整基岩亦存在明显的差异。采用物探勘察方法可以达到探测基岩与覆盖层界面、探测断层破碎带、含水构造带等异常体分布特征的目的。
4 物探工作方法
本工程采用的物探方法分高密度直流电阻率法和高频人文大地电磁测深法两种。
4.1高密度电法
高密度直流电阻率法（简称高密度电法）属直流电阻率法的一种，基本原理是以地下介质（岩层）的导电性差异为基础的一种物探方法。
地下各种介质在施加人工电场作用下，由于介质的电性差异导致地下传导的电流分布也存在差异，用视电阻率来反映这种电性差异性分布。在一定的供电和测量电极排列方式下，通过供电电极供电，测量电极测量出测量电极之间的电位差，再通过数学公式计算出视电阻率，然后通过对视电阻率的分布规律进行分析来寻找地质目标体。高密度电法提供的数据量大，信息多，并有观测精度高，速度快和探测深度较大等特点。
高密度电法数据处理采用先进的二维反演程序，首先对测量数据中的异常值进行编辑，将相邻断面的测量结果进行拼接，然后进行反演计算，获得剖面不同位置及深度的视真电阻率值。根据剖面电阻率分布特征，结合地层岩性等条件对构造及赋水性、覆盖层厚度、岩性界线、风化分带等进行合理分析推断，绘制推断解释图件。
4.2大地电磁法
高频人文大地电磁测深法（简称大地电磁法）是假设天然电磁场以平面波形式垂直入射地表面，在地表观测相互垂直的电场和磁场分量，计算波阻抗和电阻率。电磁场频率不同，穿透深度也不同，从而可以研究地下不同深度的电性结构。
大地电磁法采用的仪器设备是EH-4（Ⅱ）型电磁系统。该系统能观测到距地表几米至数千米内的地质断面的电性变化信息，基于对断面电性信息的分析研究，可以应用于地下水研究、环境监测、矿产与地热勘察，以及工程地质调查等。该电磁系统具有设备轻便，高频信息丰富、工作效率高的特点，在天然场高频信息不足时还可采用人工源补充，提高浅部分辨率。
大地电磁法勘探是根据电磁波在地下岩层中传播时存在的时差性来反映地下介质的物性差异，即地下介质电场强度、磁场强度和相位的差异，数据处理就是依据电场强度、磁场强度和相位的差异来计算地下岩层的视电阻率值和相位值。由于岩体的电阻率值与地层岩性、结构、构造等关系密切，在视电阻率等值线图上可从电性层的倾向以及等值线的疏密程度来分析地下介质存在的物性差异。特别是视电阻率等值线的密集带、横向斜率突变带或高电阻率区内出现的低电阻率区域等都说明在该处或两侧存在着电性的不连续现象，可以据此推断出地质异常体及地质构造的位置及规模。
5 成果的应用
5.1.高密度电法在坝址勘察中的应用
坝址左岸山顶高程约为245m，山坡地形坡度30°左右，地表大多为残坡积层覆盖，基岩基本无露头，地质测绘工作困难。山坡钻孔LK15孔内约孔深25~34m处见断层破碎带，断层倾角64°；LK21孔内约孔深10.5~28.0m处见断层破碎带，断层倾角70°。受钻探工作量的限制，无法继续布置钻孔来查明断层的产状，断层地表出露性状因岩石风化较深也无法能过坑探来查明，故在左岸山坡布置3条物探剖面，除查明断层走向外，顺便通过物探资料来了解左岸岩体的覆盖层厚度、风化情况等。高密度电法剖面线布置、钻孔位置及根据物探资料推测出的断层平面位置见图1。各物探剖面资料见图2~图4。
根据高密度电法资料可知，推测断层带处存在明显的低阻区，电阻率仅在70~100之间，而正常全风化岩体电阻率约在300左右，强风化岩石在700左右，微风化~新鲜岩石则在2000以上。通过物探资料并结合钻孔资料综合分析，可清楚查明剖面上岩体风化特征及构造分布位置，并推断出断层构造的平面产状。
5.1.大地电磁法在隧洞勘察中的应用
本工程引水隧洞全长约42km，钻孔布置有限，且钻孔勘察以点为主，无法形成勘察平面，对钻孔内揭露构造面的平面分布、钻孔两侧风化岩体的变化规律等则无法查明。受钻进工艺的影响，局部钻孔岩芯采取率较低，对形成岩体破碎的原因模糊不清，无法对地质环境做出准确判断。
以引水隧洞处XK12孔为例，该孔位于一小型盆地内，地形平缓，地面均为第四系覆盖层，无基岩出露。钻孔资料如下：0~11m为第四系冲洪积层粉质壤土，11~16m为全风化岩体，11~60m为强风化岩体，60m以下岩体完整性渐渐转好。而根据附近调查结果并参考盆地内其他钻孔资料，盆地内一般强风化岩体下限埋深在30m左右。对于钻孔处强风化岩体变厚的原因仅凭钻孔资料无法解释，勘察中沿隧洞轴线穿过XK12孔布置了大地电磁法物探剖面，以查明此处异常的地质环境。物探剖面结果见图5。
图5 大地电磁法物探剖面图
从图中电阻率等值线可以看出，钻孔附近存在明显的低阻区，电阻率仅为50~300，深部最大仅1200，低阻区最大厚度在80m左右。钻孔下游侧岩体电阻率明显增高，表层达400~750，深部最大可达3000，高阻区与低阻区间存在明显的界线。由此得出结论，钻孔内并无大规模构造通过，而是在钻孔附近存在一明显的风化深槽，最大风化厚度达80m，风化槽形成的原因为受下游侧一较大断层所致。其后再通过增加物探剖面，可查明断层的平面位置，从而对钻孔附近地质环境有了清楚的认识。
6 结束语
对于在地形多变、植被发育，地表有深厚覆盖层或风化基岩的地形地质条件下进行工程地质勘察，工程地质测绘及钻探、坑探各种传统勘察方法受到明显的限制，而物探具备设备轻巧、适应地形条件强、速度快、探测深度大等优点，是工程勘察中有效的和必要的辅助勘察手段。
论文作者:翟志勇
论文发表刊物:《建筑细部》2018年2月下
论文发表时间:2018/9/28
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