超高密度電法勘探在病險(xiǎn)水庫防滲應(yīng)用中的探討

□曹登剛（貴州省黔南州水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)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(fēng)化程度的情況，為后續(xù)水庫設(shè)計(jì)工作提供準(zhǔn)確的物探信息及地質(zhì)推斷結(jié)果。

1 勘探原理

直流電法勘探主要是以巖土的導(dǎo)電性差異性，是通過對(duì)電勢(shì)場(chǎng)分布的規(guī)律進(jìn)行分析，以解決工程及水文地質(zhì)問題。通過地面或地下的兩個(gè)供電電極向地下注入穩(wěn)定電流，形成一個(gè)穩(wěn)定電勢(shì)場(chǎng)，由于巖礦層、地質(zhì)構(gòu)造的不同，在地表或井下觀測(cè)到的電勢(shì)分布將會(huì)不同。然后通過分析這個(gè)電勢(shì)分布的狀況來推斷地下的地質(zhì)構(gòu)造。

2 探測(cè)對(duì)象地球物理前提分析

水庫勘測(cè)項(xiàng)目工作區(qū)存有粘土、灰?guī)r、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(xiàn)為相對(duì)低阻，灰?guī)r、白云巖為相對(duì)高阻，為探測(cè)區(qū)進(jìn)行超高密度電法勘探手段提供了較好的地球物理基礎(chǔ)。由于各種巖土介質(zhì)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(huán)境下可能導(dǎo)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(xié)助來對(duì)該地區(qū)的地質(zhì)條件情況進(jìn)行針對(duì)性的驗(yàn)證分析，并完成最終的物探解譯報(bào)告。

3 超高密度電法原理及系統(tǒng)簡(jiǎn)介

3.1 勘探原理

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

第一，多通道、超高密度電法勘探系統(tǒng)打破了常規(guī)的電法勘探中所采集數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，可采集到數(shù)十倍于常規(guī)電法勘探數(shù)據(jù)采集方式所采集的相關(guān)數(shù)據(jù)，大大提高了反演結(jié)果的準(zhǔn)確度和可靠度，同時(shí)避免了常規(guī)數(shù)據(jù)采集方法中數(shù)據(jù)采集的片面性而導(dǎo)致在同一地點(diǎn)采用不同數(shù)據(jù)采集方式采集數(shù)據(jù)所產(chǎn)生的反演結(jié)果不同的缺點(diǎn)，這在世界上是首創(chuàng)。

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(cè)量到的數(shù)據(jù)采用現(xiàn)代技術(shù)反演成真電阻率比較簡(jiǎn)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(shù)。常規(guī)電法勘探要測(cè)得6萬個(gè)數(shù)據(jù)，需要約72 h，而采用多通道、超高密度電法61道儀器，要測(cè)得6萬個(gè)數(shù)據(jù)，則僅需約1 h。目前市場(chǎng)上常規(guī)的電法儀器，道數(shù)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(nèi)是首先使用。

3.2 儀器簡(jiǎn)介

該儀器是由澳大利亞ZZResistivity Imaging研發(fā)中心研發(fā)，該產(chǎn)品已在國內(nèi)取得專利。該電法勘探系統(tǒng)由以下六部分組成：主機(jī)；電極；計(jì)算機(jī)；通電電纜；數(shù)據(jù)處理及反演系統(tǒng)；數(shù)據(jù)采集軟件。

3.3 系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)

多通道、超高密度直流電法勘探系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)：64道數(shù)據(jù)同時(shí)采集，花費(fèi)時(shí)間少，效益高；打破常規(guī)的采集裝置；采集數(shù)據(jù)量大，具有更高的解譯精度；應(yīng)用范圍廣；可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控；高性比（50/60噪聲壓制）；領(lǐng)先的2.5維反演軟件；內(nèi)置溫度傳感器；存儲(chǔ)容量大，基本無存儲(chǔ)量的限制；自動(dòng)校正。

3.4 主要應(yīng)用領(lǐng)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(xì)的地質(zhì)信息；在路線勘察中，探測(cè)下伏路基的巖溶洞穴及潛在的不穩(wěn)定區(qū)域；在礦山巷道、坑道內(nèi)探測(cè)巷道、坑道周邊及巷道間礦藏的空間分布；探測(cè)尋找地下有害物、地下空洞、采空區(qū)和墓穴等分布及規(guī)模；尋找地下水資源，水利工程滲漏通道區(qū)域及走向；礦山及水利工程帷幕灌漿效果的檢測(cè)；探測(cè)碳酸鹽巖中的溶洞管道走向及規(guī)模；尋找斷層破碎帶及走向。

4 某病險(xiǎn)水庫超高密度電法勘探成果

貴州某水庫位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)—黔北臺(tái)隆—遵義斷拱—貴陽復(fù)雜構(gòu)造變形區(qū)。區(qū)內(nèi)主要以南北向褶皺、斷裂構(gòu)造為主。主要褶皺有甕安復(fù)向斜、白巖復(fù)背斜、平寨復(fù)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(qū)河谷高程1162 m左右，兩岸高程1173.8～1182.3 m，河谷為不對(duì)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(fēng)化碎石，壩區(qū)巖層產(chǎn)狀209°∠27°，傾向左岸。

庫壩區(qū)發(fā)育F1壓扭性斷層，從庫區(qū)斜穿左岸，其產(chǎn)狀為170°∠60°，沿?cái)鄬訋莸亍⒙渌?、溶洞呈串珠狀分布，庫盆?個(gè)落水洞及左岸壩肩的K1溶洞均發(fā)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(qū)、右岸出露地層為二疊系下統(tǒng)棲霞組：灰色中厚層灰?guī)r；左岸為寒武系中上統(tǒng)婁山關(guān)群：灰色厚層白云巖?，F(xiàn)狀壩區(qū)河床有巖溶管道滲漏，左岸為沿?cái)鄬悠扑閹B漏。根據(jù)水庫滲漏現(xiàn)狀，在壩址區(qū)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(fā)現(xiàn)3段異?，F(xiàn)象，第一段位于壩址河床部位，長(zhǎng)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(zhǎng)度約30 m，異常下限高程約1130 m；第三段位于庫區(qū)距左壩段約70 m，長(zhǎng)度約70 m，異常高程在1140 m以下。

根據(jù)剖面異常段布置勘探孔：壩址河床異常段鉆孔有掉鉆現(xiàn)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(qiáng)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(xiǎn)水庫滲漏結(jié)論

根據(jù)超高密度電法勘探成果結(jié)合鉆孔對(duì)異常帶驗(yàn)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(shí)，以河床巖溶管道滲漏為主，高水位時(shí)，同時(shí)沿兩個(gè)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(jìn)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(shè)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(zhǎng)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(duì)斷層破碎帶及影響帶進(jìn)行鉆孔帷幕加密處理。

7 結(jié)語

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