超高密度電法勘探在病險水庫防滲應用中的探討

□曹登剛（貴州省黔南州水利水電勘測設計院）

采用超高密度電阻率方法查明水庫巖溶管道埋深、走向及巖石風化程度的情況，為后續水庫設計工作提供準確的物探信息及地質推斷結果。

1 勘探原理

直流電法勘探主要是以巖土的導電性差異性，是通過對電勢場分布的規律進行分析，以解決工程及水文地質問題。通過地面或地下的兩個供電電極向地下注入穩定電流，形成一個穩定電勢場，由于巖礦層、地質構造的不同，在地表或井下觀測到的電勢分布將會不同。然后通過分析這個電勢分布的狀況來推斷地下的地質構造。

2 探測對象地球物理前提分析

水庫勘測項目工作區存有粘土、灰巖、白云巖，其存在一定的電性（主要指電阻率）差異，其中粘土表現為相對低阻，灰巖、白云巖為相對高阻，為探測區進行超高密度電法勘探手段提供了較好的地球物理基礎。由于各種巖土介質電阻率除本身的電性特征外，還受多種外界因素的影響，而不同巖性在不同的情況及環境下可能導致相同的電性曲線，就給物探解譯造成了多解性，所以需通過鉆孔資料的協助來對該地區的地質條件情況進行針對性的驗證分析，并完成最終的物探解譯報告。

3 超高密度電法原理及系統簡介

3.1 勘探原理

該超高密度電法勘探系統為澳大利亞折京平先生多年精心研究的結晶，（超高密度電法勘探的相關論文曾在美國《Geophysics》雜志2007年3月第四期發表）。超高密度電法勘探系統主要有以下四個特點：

第一，多通道、超高密度電法勘探系統打破了常規的電法勘探中所采集數據方式的限制，而是采用自由無限制的任何4極組合方式采集數據，可采集到數十倍于常規電法勘探數據采集方式所采集的相關數據，大大提高了反演結果的準確度和可靠度，同時避免了常規數據采集方法中數據采集的片面性而導致在同一地點采用不同數據采集方式采集數據所產生的反演結果不同的缺點，這在世界上是首創。

第二，多通道、超高密度電法徹底放棄了視電阻率的觀念，將所測量到的數據采用現代技術反演成真電阻率比較簡單、明了的剖面圖上。

第三，多通道、超高密度電法是采用61道通道技術。常規電法勘探要測得6萬個數據，需要約72 h，而采用多通道、超高密度電法61道儀器，要測得6萬個數據，則僅需約1 h。目前市場上常規的電法儀器，道數最多僅有16道。

第四，此方法很容易就可以完成井與井、井與地的電法勘探，在國內是首先使用。

3.2 儀器簡介

該儀器是由澳大利亞ZZResistivity Imaging研發中心研發，該產品已在國內取得專利。該電法勘探系統由以下六部分組成：主機；電極；計算機；通電電纜；數據處理及反演系統；數據采集軟件。

3.3 系統優勢

多通道、超高密度直流電法勘探系統的優勢：64道數據同時采集，花費時間少，效益高；打破常規的采集裝置；采集數據量大，具有更高的解譯精度；應用范圍廣；可對現場采集數據進行實時的監控；高性比（50/60噪聲壓制）；領先的2.5維反演軟件；內置溫度傳感器；存儲容量大，基本無存儲量的限制；自動校正。

3.4 主要應用領域

利用井與井間和井與地電法，可以為橋、隧等工程提供較詳細的地質信息；在路線勘察中，探測下伏路基的巖溶洞穴及潛在的不穩定區域；在礦山巷道、坑道內探測巷道、坑道周邊及巷道間礦藏的空間分布；探測尋找地下有害物、地下空洞、采空區和墓穴等分布及規模；尋找地下水資源，水利工程滲漏通道區域及走向；礦山及水利工程帷幕灌漿效果的檢測；探測碳酸鹽巖中的溶洞管道走向及規模；尋找斷層破碎帶及走向。

4 某病險水庫超高密度電法勘探成果

貴州某水庫位于揚子準地臺—黔北臺隆—遵義斷拱—貴陽復雜構造變形區。區內主要以南北向褶皺、斷裂構造為主。主要褶皺有甕安復向斜、白巖復背斜、平寨復向斜；主要斷裂有向家壩壓性斷層、中壩壓性斷層、建中壓性斷層及板坑壓性斷層。

壩址區河谷高程1162 m左右，兩岸高程1173.8～1182.3 m，河谷為不對稱的“U”型走向河谷。兩岸基巖零星裸露，覆蓋層厚0～3 m，為黃色粘土夾風化碎石，壩區巖層產狀209°∠27°，傾向左岸。

庫壩區發育F1壓扭性斷層，從庫區斜穿左岸，其產狀為170°∠60°，沿斷層帶洼地、落水洞、溶洞呈串珠狀分布，庫盆的3個落水洞及左岸壩肩的K1溶洞均發育于該斷層帶，受斷層影響左岸及壩肩地下水位較低。

水庫壩址區、右岸出露地層為二疊系下統棲霞組：灰色中厚層灰巖；左岸為寒武系中上統婁山關群：灰色厚層白云巖。現狀壩區河床有巖溶管道滲漏，左岸為沿斷層破碎帶滲漏。根據水庫滲漏現狀，在壩址區沿壩軸線方向布置3條剖面線，在左岸布置2條近于垂直壩軸線剖面線。

在5條超高密度電法勘探剖面線上發現3段異常現象，第一段位于壩址河床部位，長度約40 m，異常下限高程約1125 m；第二段位于左壩肩岸坡斷層帶，長度約30 m，異常下限高程約1130 m；第三段位于庫區距左壩段約70 m，長度約70 m，異常高程在1140 m以下。

根據剖面異常段布置勘探孔：壩址河床異常段鉆孔有掉鉆現象，開挖揭露巖溶洞穴高約10 m，寬約3 m；左岸斷層帶異常段鉆孔揭露在1136 m高程掉鉆0.6 m，破碎帶巖石為強透水層，地下水位高程1142.6 m，低于水庫正常蓄水位25.7 m。

5 病險水庫滲漏結論

根據超高密度電法勘探成果結合鉆孔對異常帶驗證資料分析，水庫滲漏為雙通道滲漏，即水庫沿河床巖溶管道和左壩肩斷層帶滲漏。水庫低水位時，以河床巖溶管道滲漏為主，高水位時，同時沿兩個通道向下游滲漏。

6 防滲處理方案

防滲處理采用帷幕灌漿方式進行，河床段帷幕線沿防滲齒墻布置，鉆孔孔距2 m，帷幕下限按1125 m高程控制，在溶洞段設置雙排帷幕，排距1.5 m，呈梅花型布置；左岸帷幕線沿壩軸線向左岸坡延伸，鉆孔孔距3 m，帷幕長度按跨越斷層破碎帶40 m控制，帷幕下限按1130 m高程控制，對斷層破碎帶及影響帶進行鉆孔帷幕加密處理。

7 結語

超高密度電法勘探在水利工程前期階段的應用非常有必要，為后續工程勘察指明方向及目標，使后期勘察有的放矢，對縮短工程勘察周期有較大幫助。