高密度電阻率法在庫區滲漏探測中的應用

□孫　剛　□侯劍凱（河南省水利勘測有限公司）

高密度電阻率法在庫區滲漏探測中的應用

□孫剛□侯劍凱（河南省水利勘測有限公司）

水庫是中國防洪廣泛采用的工程措施之一，庫區滲漏條件是建庫主要的工程地質問題，直接影響水庫效益的發揮。近年來，隨著科技的發展，工程物探作為工程勘查的前沿學科發揮了越來越重要作用。在豫中某小型水庫滲漏勘察中，成功應用了高密度電阻率法進行庫區滲漏的勘探，較好的探測到影響庫區滲漏的斷層破碎帶的分布情況。該方法成本低、效率高、適用性強，探測結果明晰，有很好的應用前景。

高密度電阻率法；水庫滲漏；斷層破碎帶

0　引言

電阻率法是以地殼中巖（礦）石的導電性差異為物質基礎，通過觀測與研究人工建立的地中穩定電流場的分布規律，以解決地質問題的一組電法勘探方法［1］。電阻率剖面法用來了解地下某一固定深度的水平方向的電性差異；電阻率測深法通過控制勘探深度，了解某一測點地下介質垂向的電阻率的變化。高密度電阻率法是結合電阻率剖面法和電阻率測深法的一種陣列式電阻率勘探方法。

修建水庫是為了解決徑流在時間上和空間上的重新分配問題，是我國防洪廣泛采用的工程措施之一。而庫區滲漏等庫區工程地質問題會制約水庫效益的發揮。高密度電阻率法能有效劃分不同巖性的陡立接觸帶，追蹤構造破碎帶，并可發現淺部的局部不均勻體。破碎帶是造成庫區滲漏的影響因素之一，電阻率法在類似工程中應用研究有相關成功報道。本次在豫中地區某小型水庫庫區滲漏和庫岸穩定問題的勘察中，應用高密度電阻率法，查找影響庫區滲漏的破碎帶的分布，快速而有效。

1　基礎地質條件

1.1地形地貌

該水庫庫區位于淺山丘陵區，控制流域面積13.50 km2，河道長度約6 km，平均坡降1/50。壩址上游控制面積以內主要為海拔350～450 m的淺山和海拔250～350 m的土丘，壩址下游主要為黃土狀丘陵區。地形北高南低，淺山坡度一般在10～30°，土丘坡度一般在10～20°，多由梯田組成，丘陵區坡度一般在5～10°，由多級梯田組成。水庫由原狹溝攔壩而成，溝寬300 m左右；水庫右側設溢洪道，底部高程294.70 m，兩岸岸坡較陡，多為高度＞5 m的陡坎。

1.2地層巖性

庫區上游淺山山坡上部大部分基巖裸露，巖性主要為青灰色灰巖，下部為紫色頁巖，局部灰綠色頁巖，地表覆蓋層主要為低液限粘土，庫盆內有新近淤積土。

1.3地球物理特征適應性

根據野外物探測試結果，經過資料的整理分析、統計可知，地表覆蓋層電阻率相較下伏基巖表現為低阻，密實基巖中灰巖電阻率明顯大于頁巖。密實基巖中的破碎帶由于泥質等其他雜質充填，相比周圍完整基巖為低阻反應。利用電性差異，可應用高密度電阻率法探明破碎帶，為查明水庫庫區滲漏提供了可靠依據。

2　物探方法與技術

2.1高密度電阻率法探測原理

高密度電阻率法實質是直流電阻率法。是以地殼中巖石和礦石的導電性差異為物質基礎，如庫區地下完整、密實基巖與其中的破碎帶有電性差異，通過觀測與研究人工建立的地中穩定電流場的分布規律，來解決地質問題。高密度電阻率法是一種陣列勘探方法，野外測量時只需將全部電極（幾十至上百個）置于測點上，然后利用程控電極轉換開關和微機工程電測儀便可實現數據的快速、自動采集。數據處理上通過二維反演，由實測的視電阻率值反演得到真電阻率值的分布圖像。通過真電阻率值的分布差異，用來識別巖性分界面、破碎帶等。

2.2野外測線布置

高密度電法探測的測線布置是由地質任務確定的。本次勘測沿地質驗證剖面，順水流方向布置，共有三條。

2.3高密度電阻率法裝置選擇

電極的排列方式有：溫納四極排列、聯合三極排列、偶極排列和微分排列等。電極的排列可單獨使用，也可聯合使用［1］［2］。本次探測應用了溫納裝置和MN-B聯合三極裝置。溫納裝置、MN-B裝置測量及滾動線示意圖見圖1。

圖1　溫納裝置、M N-B裝置測量及滾動線示意圖

2.4質量控制及評價

為了使反演結果得到的真實電阻率值盡可能反映出不同導電性巖石（或礦體）的分布狀況，剔除干擾異常，突顯有效異常，必須對探測過程進行嚴格的質量控制。

測線敷設時，原則上沿地質任務線，嚴格控制點距。為了盡可能消除地形影響引起的虛假異常，要避開地形高程陡變區域，避免測線走向短距離、大角度的變化。

實測時，首先把60根電極一次性布置完畢，進行接地電阻檢查、儀器電池電壓及供電電源檢查，剖面參數設置、啟動測量。探測數據自動記錄存儲，現場嚴格按操作規程進行人工監視，確保探測質量。對于異常點采用重復觀測，以保證探測精度。

3　資料處理與結果解釋

3.1高密度電法資料的處理

高密度電阻率法采集到的實測數據，傳輸至計算機上，經數據回放、剔除明顯異常點、格式轉換、數據編輯，采用RES2DINV高密度電阻率數據二維反演軟件，利用最小二乘法對實測視電阻率數據進行了二維反演。反演過程中壓制系數隨深度的增加而增加，均方根誤差值達到要求精度后，終止迭代，獲得反演模型電阻率斷面圖。反演模型電阻率斷面圖能直觀地反映出地下介質的電性分布和構造特征，提高了分析解釋效果和精度。

3.2高密度電法資料的解釋

高密度電法資料的解釋是根據正演視電阻率擬斷圖和反演模型電阻率斷面圖，結合區域地質資料及地球物理特征，推斷地下不同電性巖石（或礦體）的分布狀況。剔除虛假異常，分析確定有效異常，確定異常空間位置，解決地質問題。

測區共完成高密度電法排列9個。右支溝剖面4個排列，點距5 m，剖面總長1165 m；左支溝剖面4個排列，點距5 m，水平剖面長1165 m；壩址區剖面1個排列，點距3 m，水平剖面長177 m。根據電阻率圖像可將地層分為二元結構，覆蓋層為藍色、綠色低阻反應，基巖（灰巖、頁巖）相對于覆蓋層，呈現高阻反應；局部基巖破碎，呈現藍色或綠色的低阻帶或低阻封閉圈。以其中的1#排列為例解釋。

1#排列為右支溝剖面最南端的排列。排列總長295 m。測線近南北方向，自上游向下游敷設。末端至大壩迎水坡腳處。電極總數Psum=60根，電極間距△x=5 m。分別使用溫納裝置及MNB三極裝置進行探測。溫納裝置對地形的影響較小，垂向分辨率相對較高，對地質體垂向分布的反映有比較高的靈敏度。但是，溫納裝置的數據越靠近測線的端點，數據量越少，勘探深度越來越淺，雖然取得了很大的數據量，但是缺乏可以對比的周邊數據，因此溫納裝置對于水平變化較大的地質體反映相對較差。而且溫納裝置在深部的視電阻率曲線較為平緩，深部信息顯示較少。1#排列高密度電阻率法溫納裝置反演結果見圖2。MNB三極裝置受地形影響較大，尤其是高程的突變或測線方向大角度變化，極易發生畸變，產生虛假異常。但是，MNB三極裝置無論是垂向還是橫向分辨率都比較高，抗干擾能力相對較好，適合異常的識別和分辨。1#排列高密度電阻率法MNB三極裝置反演結果見圖3。

圖2　1#排列高密度電阻率法溫納裝置反演結果圖

圖3　1#排列高密度電阻率法M N B三極裝置反演結果圖

由于地表高程變化很小，測線布置近乎直線，地形對反演結果的影響可以忽略不計。因此反演結果都能較好地反映不同導電性巖石（或礦體）的分布狀況。結合正演視電阻率擬斷面及反演模型電阻率斷面，在地面以下電阻率圖像呈深藍色、藍色的低阻帶，電阻率范圍值為ρs=19～32 Ω·m，推斷覆蓋層巖性為淤積土。深度自南向北逐漸增大，深度約0～9.00 m。從溫納裝置反演結果可知，水平方向上，深度在0～9.00 m以下，電阻率圖像以黃色、紫紅色為主，電阻率范圍值為ρs=269～660 Ω·m，推斷巖性為灰巖。從MNB三極裝置反演模型電阻率斷面圖可知，在樁號80～90 m，頂板埋深約7m；樁號170～175m，頂板埋深約9m。電阻率圖像呈藍色低阻封閉圈，電阻率范圍值為ρs=55～97 Ω·m，推斷為灰巖破碎帶。

3.3高密度電阻率法成果比對

在進行高密度電阻率法探測的同時，在庫區進行了地質鉆探。高密度電阻率法1#排列的樁號80 m附近的鉆孔，孔深6 m處見溶洞；高密度電阻率法1#排列的樁號180 m附近的鉆孔，孔深11 m處見溶洞；高密度電阻率法2#排列的樁號70 m附近的鉆孔，灰巖未揭露，高密度電阻率法2#排列的樁號160 m附近的鉆孔，頁巖未揭露；故推斷巖性分界面位于高密度電阻率法2#排列的樁號70～160 m之間，鉆探結果顯示溶洞位置與高密度電阻率法探測到的異常位置接近，巖性分界面位置合理。表明高密度電阻率法對庫區滲漏破碎帶探測的準確性較高。

4　結論

根據測區地形、地質和地球物理條件，采用了高密度電阻率法，基本查明了該測區地面以下，深度40m以上范圍內主要巖性組成及厚度、巖體破碎帶漏水點的分布及空間展布情況，效果明顯。

高密度電阻率法彌補了常規鉆探、坑探只反映壩體單點異常的局限性，在解決局部異常體的同時，可探測到整體巖性分布情況，起到了點線面結合的優勢。

高密度電阻率法探測結果與地質鉆探結果比對，證明高密度電阻率法對滲漏破碎帶的探測結果較準確。但是某些鉆探揭露的溶洞由于規模較小，導致高密度電阻率法探測無法識別；若減小道間距，提高分辨率，探測深度又會受到影響。因此，建議在使用高密度法探測庫區地下溶洞破碎帶時，根據地質任務需要，合理選擇裝置類別、道間距及隔離系數。必要情況下多次設置多次探測，以使探測結果更趨全面和可靠。

［1］程志平.電法勘探教程［M］.北京：冶金工業出版社，2007：20-70.

［2］宋維琪.工程地球物理［M］.東營：中國石油大學出版社，2008.

［3］向陽，李玉冰，易利，等.排列方式及電極距對高密度電法異常響應的影響分析［J］.工程地球物理學報，2011（08）.

（責任編輯：左英勇）

P631

B

1673-8853（2016）07-0112-03

2016-04-28