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物探与化探  2024, Vol. 48 Issue (4): 1037-1044    DOI: 10.11720/wtyht.2024.1344
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滨海城市地质结构电阻率法三维模拟与应用
刘洪华1,2(), 张卉1,2, 王汝杰1,2, 于鹏1,2,3(), 秦升强1,2, 李文宇4, 车荣祺4
1.自然资源部滨海城市地下空间地质安全重点实验室,山东 青岛 266100
2.青岛地质工程勘察院(青岛地质勘查开发局),山东 青岛 266100
3.自然资源要素耦合过程与效应重点实验室,北京 100055
4.中国矿业大学(徐州) 资源与地球科学学院,江苏 徐州 221116
3D simulations of geological structures in coastal cities using a electrical resistivity method
LIU Hong-Hua1,2(), ZHANG Hui1,2, WANG Ru-Jie1,2, YU Peng1,2,3(), QIN Sheng-Qiang1,2, LI Wen-Yu4, CHE Rong-Qi4
1. Key Laboratory of Geological Safety of Coastal Urban Underground Space, Ministry of Natural Resources, Qingdao 266100, China
2. Qingdao Geo-Engineering Surveying Institute (Qingdao Geological Exploration Development Bureau), Qingdao 266100, China
3. Key Laboratory of Coupling Process and Effect of Natural Resources Elements,Beijing 100055, China
4. School of Resource and Geosciences, China University of Mining and Technology, Xuzhou 221116, China
全文: PDF(7138 KB)   HTML
输出: BibTeX | EndNote (RIS)      
摘要 

在我国滨海城市地下工程建设中,精准定位断层、孤石及其他不良地质体是亟待解决的技术问题之一。基于滨海城市地质特点,针对高密度电阻率法开展了三维数值模拟研究,获得了覆盖层电性和厚度对高密度电阻率探测的影响结果,以及探测目标体大小和埋深发生变化时的直流电场特征。研究结果表明:覆盖层与探测目标的电阻率的差异大小是决定覆盖层影响的主要因素,对于低阻断层破碎带,覆盖层电阻率越高,破碎带的响应越突出。在中高阻覆盖条件下,孤石埋深越浅越容易获得揭露,尺寸越大其高阻特征越突出。在青岛市地铁5号线勘查中,高密度电阻率法在断裂破碎带和孤石探测中显示出关键作用,验证了方法的应用效果。研究成果可为滨海城市工程勘查方法选择和工作参数确定提供依据。

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刘洪华
张卉
王汝杰
于鹏
秦升强
李文宇
车荣祺
关键词 高密度电阻率法数值模拟有限差分法孤石断层    
Abstract

For the underground construction of coastal cities in China, there is an urgent need to accurately position unfavorable geobodies such as faults and boulders. Based on the geological characteristics of coastal cities, this study conducted 3D numerical simulations using a high-density resistivity method, determining the effects of the electrical properties and thickness of the overburden on the survey results, as well as the DC electric field characteristics varying with the sizes and burial depths of detection targets. The results show that the resistivity difference between the overburden and the targets serves as a critical factor in determining the influence of the overburden. For low-resistivity fracture zones, a higher resistivity of the overburden signifies more prominent responses from the fracture zone. Under middle- to high-resistivity overburden conditions, shallowly buried boulders can be easily found, and larger boulders exhibit more significant high-resistivity characteristics. In the exploration along the Qingdao metro line 5, the high-density resistivity method played a vital role in exploring fracture zones and boulders, verifying the effective application effects of the method. The results of this study provide a basis for selecting engineering exploration methods and determining operating parameters in coastal cities.

Key wordshigh-density resistivity method    numerical simulation    finite-difference method    boulder    fault
收稿日期: 2023-08-11      修回日期: 2023-10-11      出版日期: 2024-08-20
ZTFLH:  P631  
基金资助:山东省地矿局科技攻关项目(KY202223);自然资源要素耦合过程与效应重点实验室开放课题(2024KFKT017)
通讯作者: 于鹏(1992-),男,中国海洋大学工科博士,主要从事地下工程、海洋岩土工程等领域的研究工作。Email:13210276328@163.com
作者简介: 刘洪华(1976-),男,正高级工程师,中国海洋大学博士,主要从事地质勘查、水工环地质和岩土工程方向研究工作。Email:liuhonghua567@163.com
引用本文:   
刘洪华, 张卉, 王汝杰, 于鹏, 秦升强, 李文宇, 车荣祺. 滨海城市地质结构电阻率法三维模拟与应用[J]. 物探与化探, 2024, 48(4): 1037-1044.
LIU Hong-Hua, ZHANG Hui, WANG Ru-Jie, YU Peng, QIN Sheng-Qiang, LI Wen-Yu, CHE Rong-Qi. 3D simulations of geological structures in coastal cities using a electrical resistivity method. Geophysical and Geochemical Exploration, 2024, 48(4): 1037-1044.
链接本文:  
https://www.wutanyuhuatan.com/CN/10.11720/wtyht.2024.1344      或      https://www.wutanyuhuatan.com/CN/Y2024/V48/I4/1037
Fig.1  正演地电模型
序号 描述 参数 电阻率等参数数值
1 第一层介质,素填土、粉质粘土、淤泥质粉质
粘土、含淤泥粉细砂、中细砂
ρ1 10、50、100、200、500 W×m
h1 5、10、15、20 m
2 第二层介质,强风化花岗岩、强风化煌斑岩 ρ2 300 W×m
h2 (30~h1)m
3 第三层介质,中微风化花岗岩、中微风化煌斑岩 ρ3 1000 W×m
h3 90 m
4 断裂 ρf1 50 W×m
5 构造破碎带 ρf2 100 W×m
6 孤石 ρr 5000 W×m
h 0、10、30、50 m
d 10、20、30、40 m
Table 1  模型参数
Fig.2  覆盖层电阻率变化高密度电阻率反演剖面
Fig.3  覆盖层电阻率不同时的电阻率曲线
Fig.4  覆盖层厚度变化高密度电阻率反演剖面
Fig.5  覆盖层厚度不同时的电阻率曲线
Fig.6  孤石尺寸不同时高密度电阻率反演剖面
Fig.7  孤石大小不同时的电阻率曲线
Fig.8  孤石埋深不同时高密度电阻率反演剖面
Fig.9  孤石埋深不同时的电阻率曲线
Fig.10  高密度电阻率测线布置
Fig.11  L5线高密度反演剖面
Fig.12  L16线高密度反演剖面
Fig.13  电阻率模型
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