高密度电阻率法在雄安新区浅表古河道精细化探测中的应用研究

　　高密度电阻率法在雄安新区浅表古河道精细化探测中的应用研究

　　    1.引言

　　    雄安新区位于河北省保定市境内，地处北京、天津、保定腹地，规划范围涵盖河北省雄县、容城、安新等3个县及周边部分区域，雄安新区是继深圳经济特区和上海浦东新区之后具有全国意义的新区，承载着疏解北京非首都功能，调整优化京津冀城市布局和空间结构，培育创新驱动发展新引擎的重要寄望。新区的开发面临着众多工程建设问题，区内浅表古河道较为发育，古河道主要由结构松散、抗压性弱、沉陷性大的砂砾石组成，地震或受力会出现砂土液化、地裂缝或喷水冒沙等情况，不能作为工程建筑的基础，在工程建设前需要进行必要的地质调查，查明古河道平面分布及空间展布特征，规避古河道带来的工程风险。

　　    前人调查古河道时选用的方法技术手段多样，早期以历史文献查阅、地形图判读、野外考察访问等方法为主，随着科学技术和调查方法的发展，目前对古河道的调查手段主要有航片图、遥感判读、钻探取心、物探、测试等。张竞等在雄安新区容城及周边区域地面古河道的划定是基于地表岩性光谱特征遥感解译的结果，而对地面以下古河道的埋深、砂体厚度和古河道空间展布特征还不清楚。针对这些问题，笔者选定有钻孔分布区域为研究区，尝试性地开展高密度电阻率法剖面探测，利用其反演结果精细推断解释了古河道范围、埋深及河道内分流河道的分布特征，研究成果与钻探揭示情况基本一致，高密度电阻率法确定的古河道分布范围具有较高的准确度，应用效果显著。表明利用遥感和物探方法组合在雄安新区精细化探测浅表古河道是有效可行的，为今后探测和研究浅表古河道提供了新思路。

　　    综合前人研究成果，华北平原古河道的重要标志是具有明显的二层结构，即一般由下部的厚层砂体和上部的亚砂土、亚黏土及黏土薄层（间有粉砂道左边界位置处设置了剖面LO，开展了1m、2.5m、5m和10m不同点距高密度电阻率法试验。

　　    2.高密度电阻率法

　　    高密度电阻率法剖面测点位置使用RTK放样，采用剖面相对位置，起始点为Om．Ll剖面自西向东放样，L2剖面自北向南放样．LO不同点距试验剖面按照Ll剖面坐标来执行。根据Ll剖面遥感解译的地面古河道左侧大致边界位置，首先在剖面1440―1980m做10m点距高密度电阻率法剖面测量，采集数据经过畸变点剔除、地形校正等预处理后，利用处理软件RES2DINV对预处理数据进行最小二乘法反演得到电阻率反演断面，根据电阻率的变化特征，结合研究区电性物性统计，通过查找浅部低电阻背景下的高电阻异常砂体，进而确定浅表古河道位置和范围。

　　    不同点距试验结果分析：LO线不同点距高密度电阻率法反演，4种结果都较明显地显示出古河道的边界，其中点距1m和2.5m结果反映的古河道水平分布特征更为精细，而点距10m的结果在水平连续性上稍差，表明随着观测点距的增大，水平向分辨率随之下降，不利于确定古河道砂体的连续性和分布范围。通过对不同点距试验剖面解释古河道的上下界面标高统计后发现，点距1m和2.5m所解释的古河道的上顶板和下底板和砂层厚度较为接近，上顶板的标高约为9.3m，埋深约为1．6m，通过与已知钻孔C4相比，C4处古河道的埋深1.5m左右，反演解释结果与钻孔揭露情况较为接近；点距5m和10m解释的古河道砂体厚度分别约为8.5m和8m，与钻孔C4揭示砂体厚度8.7m较为接近，且上顶板标高分别约为7.6m和6.1m,埋深大于2.5m，与实际情况存在一定的差别，分析其原因为大点距的高密度电阻率法在浅部具有一定的采集盲区，并且随着点距的增大，其垂向分辨率随之下降。通过不同点距的参数试验，在探测浅表古河道的分布范围时，从工作效率和分辨率综合考虑，建议选择5m点距作为探测浅表古河道的点距参数。同时，根据其他点距的水平及垂向分辨率变化规律，发现点距1m和2.5m在探测古河道上顶板和下底板中具有更好的精度，在以后的工作中可根据不同探测目标和工作目的来开展不同点距的高密度电阻率法工作。

　　    3.资料解释和结果分析

　　    高密度电阻率法剖面穿过3个第四系钻孔，编号为C3、C4、C5，钻孔深度为10m。根据C3―C5钻孔揭示的岩性，C4孔岩心呈砂层、黏性土层的二元结构，表层砂层以细砂、粉砂质黏土为主，砂层厚度为8.7m;C3和C5岩心呈黏性土单层或黏性土夹砂层结构，黏性土层总厚度7.0—10.0m。

　　    3.1 断面特征分析及钻孔验证

　　    对原始数据预处理后，利用软件RES2DINV进行反演得到电阻率反演断面，根据电性特征对其进行推断解释。由于Ll测线较长，分三段进行显示，可以看出Ll线整体剖面电性特征呈“低―高―中”三层分布。纵向上，上层细分为“低―中”两层电性结构，对应的地层为粉质黏土和粉土；中层表现为相对高阻层电性结构，对应的地层为细砂和粉土夹层：下层表现为“中―低”的二层电性结构，对应的地层为粉土和粉质黏土。其中在1675—1920m段和2135—2700m段电阻率为相对高阻，根据物性特征推断为古河道砂体反映，从反演断面图可以看出，两段高阻体并不连续，推断该剖面上有2条古河道分布，其中第一段古河道的宽度约245m,第二段古河道的宽度约565m。L2线为顺古河道分布范围走向布设的测线，从反演断面图可以看出，在测线的浅部有一层高阻体分布，是古河道砂体反映，其中在760―950m段高阻体消失，推断该古河道具有“弯曲”、“迂回”的分布特征。

　　    钻孔C4位于Ll剖面上2570m处，为高密度电阻率法反演剖面解释古河道砂体部位，从解释图可以看出砂体上顶板标高约为11.5m，下底板标高约为2m，高密度电阻率法解释砂体厚度为9.5m左右，与C4第四系钻孔揭露砂体厚度8.7m基本吻合，钻孔揭示地层情况与高密度电阻率法反演断面解释结果一致，均为以细砂、粉砂和粉质黏土为主的砂层。从C4钻孔的验证结果来看，高密度电阻率法在雄安新区浅表古河道精细化探测是有效的，应用效果显著。

　　    3.2 平面特征分析

　　    从Ll和L2两条高密度电阻率法反演断面解释图可见，2条剖面所在的研究区域在横向上是由2条分流古河道组成，并不是1条古河道，这从侧面证实了华北平原的浅表古河道具有“辫状”“弯曲”和“迂回”的分布特征。利用遥感地表岩性光谱采集分析方法解译的地面古河道分布宽度范围约为2.4km，而从EW向Ll高密度电阻率法反演断面图上显示2条浅表古河道的宽度分别为245m和565m，表明了利用高密度电阻率法物探手段可以对浅表古河道地表以下古河道特征进行详细的评价和更精细的定位：从近SN向L2高密度电阻率法反演断面解释的古河道在SN向上具有“弯曲”、“迂回”的分布特征。在遥感解译地面古河道的基础上，利用2条高密度电阻率法剖面的测量成果，探明了剖面所在研究区浅表古河道边界范围、埋深及河道内分布特征，对研究区浅表古河道分布进行精细的划分。利用高密度电阻率法所划定的古河道分布范围具有较高的准确度，实现了精细探测目的，取得了良好的应用效果。

　　    4.结论

　　    1)本文在遥感解译地面古河道的基础上，过第四系钻孔开展两条高密度电阻率法剖面测量，查明研究区浅表古河道边界范围、埋深及河道内分布特征，对研究区浅表古河道分布进行精细划分。经钻孔验证，钻孔揭示古河道地层和砂体厚度与高密度电阻率法反演断面解释结果基本一致，表明在识别和精细化探测雄安新区浅表古河道问题上，利用遥感方法进行“宏观性”快速确定区域地面古河道的分布情况，在局部重点研究区进行高密度电阻率法“精细化”探测浅表古河道埋深、砂体厚度和空间展布特征，遥感和物探组合在雄安新区浅表古河道精细化探测是有效可行的，为今后探测和研究浅表古河道提供了新思路。

　　    2)高密度电阻率法所划定的浅表古河道分布范围具有较高的准确度，对浅表古河道能进行详细的评价和更精细的定位，探明研究区内古河道具有“弯曲”、“迂回”和“辫状”的平面分布特征，取得了良好的应用效果，为今后精细化探测和研究浅表古河道方法选择和研究思路提供借鉴和参考。

　　    3)通过不同点距（1m、2.5m、5m和10m）高密度电阻率法在雄安新区浅表古河道精细化探测试验，4种点距在探测和识别古河道方面都具有良好的应用效果，从经济、高效和分辨率综合因素考虑，建议今后探测浅表古河道可选择5m点距参数开展高密度电阻率剖面测量；点距1m和2.5m探测浅表古河道具有更好的水平和垂向分辨精度，在探测和识别上顶板和下底板中具有更高的精度，在实际工作中可根据不同的工作目的，选择不同的点距参数来开展调查工作。

　　                                                 摘自《物探与化探》2023年1期