高密度電法在風電開發建設中的應用實例分析

豐 赟，首 琦，朱正君（四川中水成勘院工程物探檢測有限公司，四川成都610000）

高密度電法在風電開發建設中的應用實例分析

豐 赟，首 琦，朱正君（四川中水成勘院工程物探檢測有限公司，四川成都610000）

風電是技術較成熟、最具工業化前景和最具成本競爭優勢的可再生能源之一。在風電開發建設中，高密度電法作為一種基于地下介質導電性差異的物探方法，可以用于解決查清覆蓋層厚度、查明地下地層結構和查清地下不良地質體等諸多地質問題，其經濟、快捷、高效的特點使其成為風電地質勘察中不可或缺的重要工具。

高密度電法；風電；巖溶；覆蓋層

1 引言

隨著全球化石能源枯竭、供應緊張、氣候變化形勢嚴峻，世界各國都認識到了發展可再生能源的重要性。“十三五”時期既是我國能源轉型發展的關鍵時期，也是風電等可再生能源產業持續健康發展的關鍵期。風電是技術較成熟、最具工業化前景和最具成本競爭優勢的可再生能源之一。它不僅能替代逐步枯竭的化石能源，保障世界的能源安全，更重要的是風電能緩解日益惡化的環境污染，促進世界經濟更和諧、更健康的發展，在不久的將來成本優勢會超越傳統化石能源，成為即清潔又經濟的新型能源。

高密度電法是以地下介質導電性差異為基礎，通過觀測和研究與這些差異有關人工電場的分布規律，可達到查明地下地層分層、地質構造和尋找地下電性不均勻體（巖溶、風化層、滑坡體、堆積體等不良地質體）的一種地球物理勘探方法。高密度電法以其輕便、快捷、經濟有效的優點為工程物探人員所接受，被廣泛應用于工程地質勘察工作中。

風電開發建設中，風電機組及升壓站的選址是地質勘察中關鍵環節，主要的地質問題包括查明選址區域內地層的物質組成、層次結構和分布規律，查明巖溶分布、發育情況，以及查明巖土體的電性參數等問題，而這些地質問題都與物質間的電性差異相關，往往都能通過高密度電法加以解決。本文通過工程實例分析來介紹高密度電法在風電開發建設中的應用，論證其“使用一種方法，解決多種問題”的特點，展現其經濟、方便、快捷的優勢。

2 高密度電法

2.1 方法原理

高密度電法實際上是多種排列的常規電阻率法與資料自動反演處理相結合的綜合方法，基本原理與常規電阻率法相同。它的基本工作方法是通過高密度電法測量系統中的計算機軟硬件，控制著在同一條多芯電纜上布置連結的大量電極，使其自動組成多個垂向測深點或多個不同探測深度的探測剖面，根據控制系統中選擇的探測裝置類型，對電極進行相應的排列組合，按照測深點位置的排列順序或探測剖面的深度順序，逐點或逐層探測，電阻率數據自動采集、記錄。將記錄數據送入計算后，還可對數據進行常規處理和反演計算，給出關于地電斷面分布的的各種圖示結果，便可快速及時地完成地質勘探任務。

2.2 方法技術

高密度電法有多種電極排列方式，如AMNB溫納四極排列、ABMN偶極排列、ρSAB聯合三極排列、微分排列等裝置。在風電地質勘察中，往往綜合采用溫納AMNB和偶極ABMN兩種裝置，溫納裝置測試數據穩定性好，對縱向電性變化反映較為明顯，反演深度準確；偶極裝置測試數據穩定性好，對橫向電性變化反映較為明顯，對巖溶地區的解釋較為準確。

2.3 資料處理

高密度電法數據處理所測得的電阻率，經數據格式轉換、數據預處理、地形校正、正演和反演計算，最后得到視電阻成像色譜圖并對其進行地質解釋。其主要流程包括：①把格式轉換好的電阻率，經數據預處理消除壞點。②根據現場實驗和與其它資料對比分析，選擇正演、反演計算參數。③把經預處理后的數據經地形靜校正。④采用最小二乘法進行正演計算。⑤反演采用最佳擬合法，給定一個初始地電斷面，在初始斷面上計算電阻率的理論曲線，將理論曲線與實測曲線作對比 （擬合），通過修改參數獲得最佳擬合效果。電阻率剖面色譜圖形象、直觀地反映各測試剖面的地電斷面電性展布趨勢。通過定性分析可確定地下巖土體的電阻率分布，達到定量推斷地電斷面，最終確定覆蓋層厚度及下伏完整基巖起伏形態。

3 實例分析

風電機組沿山脊布置，山脊寬約50～300m，地形坡度5～ 12°，局部地段地形起伏較大，分布高程3000～3600m，風機位位于坡頂一帶，多基巖裸露，測區覆蓋層主要為耕植土、坡殘積粉質粘土，基巖主要為白云巖、灰巖和粉砂巖。

3.1 查清覆蓋層厚度

2#風機位布置1條高密度電法剖面，電極間距為3m，剖面長度180m，風機位位于剖面樁號90m處，地表高程在3027～3042m之間，高密度電法溫納裝置反演色譜圖見圖1。

圖1 2#風機位溫納裝置反演色譜圖

通過對2#風機位的反演色譜圖分析可知，測區地下30m深度范圍內地層大致分為兩層，表面覆蓋層較厚，其厚度介于4～13m之間，風機位處覆蓋層厚度大于3m，下伏基巖為白云巖，其電阻率值介于3000～18000Ω·m之間。

3.2 查清巖性分界面

63#風機位布置1條高密度電法剖面，電極間距為3m，剖面長度180m，風機位位于剖面樁號87m處，地表高程在3311～3321m之間，高密度電法溫納裝置反演色譜圖見圖2。

圖2 63#風機位溫納裝置反演色譜圖

通過對63#風機位的反演色譜圖分析可知，測區地下30m深度范圍內地層大致分為兩部分，樁號0～102m段表層覆蓋層較薄，下覆基巖為灰巖，其電阻率值介于 3000～ 18000Ω·m之間；樁號102～180m段表層覆蓋層淺薄，約為1～ 3m，下覆基巖為粉砂巖，其電阻率值介于40～300Ω·m之間。在樁號102m附近有一個很明顯的巖性分界面。

3.3 查找溶蝕區

67#風機位布置1條高密度電法剖面，電極間距為3m，剖面長度180m，風機位位于剖面樁號90m處，地表高程在3240～3247m之間，高密度電法溫納裝置反演色譜圖見圖3，偶極裝置反演色譜圖見圖4。

圖3 67#風機位溫納裝置反演色譜圖

圖4 67#風機位溫納裝置反演色譜圖

通過對67#風機位的反演色譜圖分析可知，測區地下30m深度范圍內地層大致分為兩層，表層覆蓋層較薄，其厚度介于0～2m之間，基巖為灰巖，其電阻率值介于 1000～ 12000Ω·m之間。在剖面樁號81～99m段下方3～10m范圍內電阻率呈現低電阻暈團及條帶狀分布，電阻率值介于40～ 300Ω·m之間，推測為溶蝕區。

4 結論

（1）本次高密度電法探測，進一步證明高密度電法作為一種常規物探方法，在查明覆蓋層厚度，查清地層層次結構，查明溶蝕情況等方面有著較好的應用效果。

（2）在使用高密度電法查找溶蝕區時，應采用多種裝置進行數據采集，綜合分析，以保證對溶蝕區的精確解釋。

（3）高密度電法作為一種高效、經濟、快捷的物探方法，可以解決風電地質勘察過程中的諸多問題，在風電開發建設中大有可為。

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P641.7

A

2095-2066（2016）33-0072-02

2016-11-12

豐 赟（1978-），男，工程師，碩士研究生，研究方向為地震波數值模擬、工程地球物理。