青海省某矿区冻土层分布及厚度探测案例

赛盈地脉

1.方案介绍

项目概况

受委托，对位于青海省某矿区的冻土层厚度及分布情况进行地球物理方法探测（以下简称“调查区域”），本次以地球物理探勘的高密度电法(Electrical Resistivity Tomography)进行探测，旨在查清调查区的污季节性冻土及永久性冻土层的厚度及分布范围等，为后期施工提供可靠信息。地块位置示意图如图

二、电法原理

高密度电法原理

电阻率法(Electric Resistivity Method)或称为直流电阻法(Direct Current Resistivity Method)是以介质电阻率差异为基础，观测供电电流强度和测量电极之间的电位差，进而计算和研究视电阻率，推断地下可能污染土壤的分布。所测得的结果即地电阻率剖面。影响地层电阻率的因子有组成矿物、颗粒大小、组态、以及地层的含水量与水中所含物质，当地层有明显的电阻率对比，就适用于直流电阻法。

图2.2-1 电阻率法原理示意图

高密度电法是电阻率法发展而来目前应用最广泛的一种电法勘测，其基本理论与传统的电阻率法完全相同，所不同的是高密度电法在观测中设置了较高密度的测点，现场测量时，只需将全部电极布置在一定间隔的测点上，由主机自动控制供电电极和接收电极的变化。高密度电法测量系统采用先进的自动控制理论和大规模集成电路，使用的电极数量多，而且电极之间可自由组合，这样就可以提取更多的地电信息，使电法勘探能像地震勘探一样使用多次覆盖式的测量方式。

图2.2-2 高密度电阻率法示意图

高密度电法具有以下优点：①电极布设一次性完成，减少了因电极设置引起的干扰和由此带来的测量误差；②能有效的进行多种电极排列方式的扫描测量，因而可以获得较丰富的关于地电断面结构特征的地质信息；③野外数据采集实现了自动化或半自动化，不仅采集速度快，而且避免了由于手工操作所出现的错误；④可以实现资料的现场实时处理和脱机处理，大大提高了电法的智能化程度。

三、调查方法

1 ERT探测方案

此次高密度电法探测（ERT）采用温奈-施兰卜吉排列法（Wenner-Schlumberger Array）进行探测，此种混编排列法结合了两种不同排列法的侦测特性。Wenner 排列法对水平层状构造的解析力较佳的特性，以及Schlumberger排列法对于垂直构造探测相对灵敏的特性，混编取得了对于水平和垂向分布构造较为综合的探测排列法，对于地下情况不明，或者较为复杂的地块特别适用，也因此对于地层分层能有效佳的解析能力，其布线图如下图3.1-1所示。

图3.1-1高密度电阻率法布线图

2 ERT完成工作情况

地球物理方法调查现场数据采集工作始于2020年9月1日上午至2020年9月3日下午结束。完成情况如下：完成高密度电法测线2条，共计总长度332米，其中测线1长142米，测线2长190米，且本次调查考虑垂向分辨率及探测深度等情况，故施测的电极探棒间距为2m， ERT工作采用 GPS定位，皮尺定距的原则。测线信息如表3.2-1及表3.2-2，测线坐标如表3.2-3。

高密度电法成果分析

高密度电法具有分辨率高、准确性高及探测深度深的优势，适用于探测各式地层分布及水文地质分布，处理后的电性地层图可完整呈现地下环境特征。

本次高密度电阻率数据采用Earthimage软件处理，图像直观，分析如下。

根据区域资料可知，在该地区，若地层不受含/富水构造的影响，地层的电阻率应有序变化，反映到在电阻率断面图上等值线变化稳定，呈近层状分布。若存在冻土层，呈现较高的电阻率值，向下地层由浅至深大体上呈“低阻一高阻”

的电性变化特征。

说明：根据测线1及测线2结果发现，本次探测成果地表出现点状高阻，造成该异常原因为反演建模受电极影响所致，且导致点状高阻下方（深度约0-0.5米）出现竖条低阻，均为假值，故结果解释应与下方结果视为一体。

测线1（图3.3-1）：

由高密度电阻率剖面图可知，测线1电阻率可大致分为2层，纵向上电阻率呈现“低-高”变化的电性分布规律，横向上层性较明显，连续性较好。其中，第一层为电阻率约29-100Ohm-m的连续的相对低阻层，平均埋深约深度约为0-1.4米，厚度约1.4米。第二层为电阻率范围约148-5000 Ohm-m的相对高阻层，位于第一层以下，厚度超过断面8米的探测深度，未见下伏分界面。

结合现场资料及电阻率特性推估，第一层的相对低电阻区域，为活动层，可能为第四系腐殖土层，目前为非冻土层；第二层的相对高阻层，推测为冻土层。

测线2（图3.3-2）：

由高密度电阻率剖面图可知，测线2电阻率可大致分为2层，纵向上电阻率呈现“低-高”变化的电性分布规律，横向上层性较明显，连续性较好。其中，第一层为电阻率约30-100Ohm-m的连续的相对低阻层，平均埋深约深度约为0-1.5米，厚度约1.5米。第二层为电阻率范围约148-5000 Ohm-m的相对高阻层，位于第一层以下，厚度超过断面8米的探测深度，未见下伏分界面。

结合现场资料及电阻率特性推估，第一层的相对低电阻区域，为活动层，可能为第四系腐殖土层，目前为非冻土层；第二层的相对高阻层，推测为冻土层。

图 3.3-1 ERT1测线成果图

图 3.3-2 ERT2测线成果图 图 3.3-2 ERT2测线成果图

四、结论

（1）本次探测纵向分层明显，电阻率呈现“低-高”变化的电性分布规律，横向上层性较明显，连续性较好。

（2）调查区地层约分为2层，其中，第一层平均埋深约深度约为0-1.4米，厚度约1.4米，可能为第四系腐殖土层，为非冻土层；第二层埋深为1.5以下，厚度超过断面8米的探测深度，未见下伏分界面，推测为冻土层。

（3）高密度电阻率法对冻土层等的交界面探测有较高的分辨力，值得进一步探讨其应用。通过反演法可得到各电性层的层厚及其电阻率，能够容易获取测区地质构造的基本情况。

zhangyong

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