高密度電阻率法在核電勘察中的應(yīng)用

付麗麗，丁鵬飛

(鄭州中核巖土工程有限公司，河南鄭州450002)

核電勘察作為核電工程的先行兵，具有極其重要的地位，尤其在初步可行性研究階段(選址)和可行性研究階段.高密度電阻率法作為一種地質(zhì)普查手段，與地震勘探相比，具有成本低、野外作業(yè)快、成果解釋形象直觀等優(yōu)點，在核電勘察中漸為普及.隨著我國能源結(jié)構(gòu)的逐漸轉(zhuǎn)變，核電事業(yè)的發(fā)展勢在必行且越顯迫切，而高密度電阻率法在技術(shù)方法方面的不斷創(chuàng)新和漸趨成熟，其在核電勘察領(lǐng)域的應(yīng)用前景將更為廣闊.

1 高密度電阻率法介紹及數(shù)據(jù)采集

高密度電阻率法是一種陣列勘探方法，通過高密度電法測量系統(tǒng)中的軟件，控制著在同一條多芯電纜上布置連結(jié)的多個(60～120)電極，使其自動組成多個垂向測深點或多個不同深度的探測剖面，根據(jù)控制系統(tǒng)中選擇的探測裝置類型，對電極進(jìn)行相應(yīng)的排列組合，按照測深點位置的排列順序或探測剖面的探測順序，逐點或逐層探測，實現(xiàn)供電和測量電極的自動布點、自動跑極、自動供電、自動觀測、自動記錄、自動計算和自動存儲.野外實際測量中，先根據(jù)勘測目的、勘測區(qū)域的大小及地質(zhì)條件確定需要采用的電極裝置類型及測量布置方案，并按照測量順序準(zhǔn)備好測量電極文件，然后進(jìn)行電極的布置.安置電極時要注意使電極與介質(zhì)充分接觸，盡可能減小接地電阻，同時要注意防止勘測中出現(xiàn)電極極化現(xiàn)象，宜采用不極化電極［1－2］.

所選工程實例主要采用α排列(溫納裝置AMNB)，該裝置適用于固定斷面掃描測量，電極排列如圖1所示.

圖1 高密度電阻率法α排列觀測方式示意圖

測量時，AM=MN=NB為一個電極間距，A，B，M，N逐點同時向右移動，得到第一條剖面線;接著AM，MN，NB 增大一個電極間距，A，B，M，N 逐點同時向右移動，得到另一條剖面線.不斷掃描測量下去便得到倒梯形斷面.點距的選擇主要依據(jù)探測精度，精度要求越高，點距越小;最大電極距大小決定于預(yù)期探測深度，探測深度越深，最大電極距越大.

數(shù)據(jù)采集是進(jìn)行解釋的基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)采集工作的好壞直接影響到解釋成果的準(zhǔn)確性.所選實例中，地面高密度二維電法勘探數(shù)據(jù)采集使用的是WGMD-3高密度電阻率測量系統(tǒng).

2 數(shù)據(jù)處理

高密度電阻率法的數(shù)據(jù)處理工作全部在計算機上進(jìn)行，一般分為預(yù)處理(如接收數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)圓滑、剖面調(diào)換、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換等)、反演處理(包括地形校正和反演計算等)和剖面成圖(包括圖形顯示、色標(biāo)選擇、圖形輸出和打印等)3步［3］.

數(shù)據(jù)接收與格式轉(zhuǎn)換使用BTRC2004軟件;高密度電阻率法反演使用2D-RES反演程序.

3 應(yīng)用實例

3.1 在判別地層方面的應(yīng)用

擬建徐州核供熱項目包括2個候選廠址，安然是其中之一.此廠址位于徐州市經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)大廟鎮(zhèn)安然村的馱藍(lán)山西北側(cè).廠址地貌特征主要為剝蝕丘陵地貌;地層巖性主要分布為第四系地層、奧陶系下統(tǒng)(O1)、寒武系(ε)和震旦系(Z)地層4大類，表現(xiàn)為坡積粉質(zhì)粘土、白云巖和灰?guī)r.

圖2為安然廠址中使用高密度電阻率法所測的測線之一.由圖可知，隨著深度的增加，電性變化明顯;結(jié)合鉆探和地質(zhì)資料，易劃分覆蓋層、強風(fēng)化基巖和弱風(fēng)化基巖;電阻率曲線較平整，無低阻現(xiàn)象，可判斷在此測線測區(qū)內(nèi)無斷裂和異常構(gòu)造.

圖2 安然廠址高密度電阻率法擬斷面電性圖

3.2 在判別溶洞方面的應(yīng)用

擬建中核湖南第二核電項目有2個候選廠址，衡東三樟鄉(xiāng)是其中之一，位于湖南省衡東縣三樟鄉(xiāng)楠木塘，湘江右岸.測區(qū)地貌形態(tài)主要為:由構(gòu)造剝蝕形成的丘陵和河谷階地;地層巖性主要為第四系土層，白堊系礫巖、鈣質(zhì)泥巖、粉砂巖，侏羅系粉砂巖、灰質(zhì)礫巖，石炭系泥質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r和石英砂巖.

圖3為三樟鄉(xiāng)廠址中使用高密度電阻率法所測的測線之一.由圖可知，隨著深度的增加，電性變化明顯，但是與圖2相比，電阻率曲線紊亂，不易劃分覆蓋層和基巖.并且，圖3具有明顯低阻帶，結(jié)合鉆探和地質(zhì)資料，可判斷這些低阻帶主要為有泥質(zhì)等填充的溶洞.異常位置如圖3所示.

圖3 三樟鄉(xiāng)廠址高密度電阻率法擬斷面電性圖

3.3 在判別斷層方面的應(yīng)用

擬建國電河南核電項目包括2個候選廠址，平頂山七棵樹為其中之一.此廠址位于平頂山市葉縣辛店鄉(xiāng)劉文祥村七棵樹自然村，其北側(cè)為燕山水庫.測區(qū)地貌以剝蝕丘陵為主，周邊發(fā)育溝谷;地層巖性簡單，主要分布第四系地層和元古代薊縣系汝陽群云夢山組(Pt2jy)石英砂巖夾粉砂質(zhì)頁巖2大類，在廠區(qū)東部淺層分布有半成巖狀態(tài)的第三系粘土質(zhì)砂巖及砂礫巖.

圖4為七棵樹廠址中使用高密度電阻率法所測的測線之一.由圖4可知，隨著深度的增加，電性變化明顯，但是與圖2相比，電阻率曲線不是很平整，較難劃分覆蓋層和基巖.并且，圖4在215～260 m處低阻帶明顯，結(jié)合地質(zhì)資料，可判斷此低阻帶為斷層.異常位置如圖4所示.

圖4 七棵樹廠址高密度電阻率法擬斷面電性圖

3.4 在判別軟弱夾層方面的應(yīng)用

擬建湖北松滋核電廠工程位于湖北省荊州市松滋市陳店鎮(zhèn)馬峪河林場附近，長江及松滋河交匯處的南側(cè).測區(qū)地貌主要為侵蝕堆積丘陵崗地地貌，為長江三級階地;地層巖性由第四系地層和下第三系始新統(tǒng)牌樓口組基巖2大部分共7層組成，主要表現(xiàn)為粉質(zhì)粘土、卵石、砂巖和泥巖.

圖5為湖北松滋核電廠中使用高密度電阻率法所測的測線之一.由圖5可知，隨著深度的增加，電性變化明顯，但與圖2相比，電阻率曲線較紊亂，較難劃分覆蓋層和基巖.并且，圖5在215～260 m處低阻帶明顯，結(jié)合鉆探資料，可判斷此低阻帶為泥巖夾層.異常位置如圖5所示.

圖5 松滋核電廠高密度電阻率法擬斷面電性圖

4 結(jié)語

a.高密度電阻率法經(jīng)濟實用、效率高、異常現(xiàn)象直觀，在核電勘察領(lǐng)域有較廣闊的應(yīng)用前景.

b.高密度電阻率法有助于劃分地層，主要為上覆蓋層和下層基巖;對異常構(gòu)造體、軟弱夾層和斷層有較準(zhǔn)確的判別，若結(jié)合鉆探和地質(zhì)資料，可得出更準(zhǔn)確的解釋.

［1］李玉東，牛淑敏.高密度電法在煤礦采空區(qū)探查中的應(yīng)用［J］.中國煤炭地質(zhì)，2010，22:79 －82.

［2］楊發(fā)杰，巨妙蘭，劉全德.高密度電阻率探測方法及其應(yīng)用［J］.礦產(chǎn)與地質(zhì)，2004，18(4):356－360.

［3］劉曉民，劉廷璽，萬崢.高密度電阻率法在水文地質(zhì)勘查中的應(yīng)用［J］.中國水利水電科學(xué)研究院學(xué)報，2007，2(2):154－157.