超高密度電阻率勘探在水利工程勘察中的應(yīng)用

姜 軍，孫寶喜，康學(xué)新

(1.密山市河務(wù)管理處，黑龍江 密山 158300；2.黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱 150080)

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超高密度電阻率勘探在水利工程勘察中的應(yīng)用

姜 軍1，孫寶喜2，康學(xué)新1

(1.密山市河務(wù)管理處，黑龍江 密山 158300；2.黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱 150080)

為了對(duì)擬建大葉溝水庫(kù)庫(kù)區(qū)進(jìn)行相關(guān)的工程地質(zhì)勘察，采用了超高密度電阻率勘探方法，通過該方法的現(xiàn)場(chǎng)使用及后繼相關(guān)資料的解釋處理，表明：該方法野外操作簡(jiǎn)便，工作效率高，可節(jié)省大量的工程鉆探費(fèi)用；該方法資料解釋得出的推測(cè)破碎帶相關(guān)參數(shù)，通過與相應(yīng)位置的鉆孔資料對(duì)比，基本吻合，較為精準(zhǔn)；該方法發(fā)現(xiàn)的低阻帶與其它物探方法發(fā)現(xiàn)的異常相互比對(duì)，也基本一致。結(jié)論超高密度電阻率勘探是一種高效快速、準(zhǔn)確可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的物探方法，在水利工程勘察領(lǐng)域具有廣闊的發(fā)展前景，在眾多的工程勘察方法中值得采用。

超高密度電阻率勘探；色譜圖；低阻帶；推測(cè)破碎帶；水利工程

0 前 言

超高密度電阻率法是一種集高速、大量數(shù)據(jù)采集、靈活的電極布置和反演技術(shù)于一身的電法新技術(shù)。該方法相對(duì)于高密度電阻率法具有野外作業(yè)效率更高、數(shù)據(jù)量更大、精度更高、反演斷面兩端無倒三角形盲區(qū)等明顯優(yōu)點(diǎn)。它屬于電阻率法勘探方法中一個(gè)重要分支。

超高密度電阻率法是近年來新興的一種先進(jìn)物探方法，由超高密度電阻率法在野外自帶采集的原始數(shù)據(jù)，經(jīng)相關(guān)軟件反演所得的彩色斷面色譜圖，不僅能反映出基地的起伏，還清楚地反映出低阻破碎帶的存在，因此該方法一經(jīng)問世，即在水利工程勘察中嶄露頭角，發(fā)揮著越來越大的作用。

隱伏構(gòu)造一般是指覆蓋層掩蓋下的地質(zhì)構(gòu)造。工程地質(zhì)學(xué)定義的地質(zhì)構(gòu)造是指組成地殼的巖層和巖體在內(nèi)、外動(dòng)力地質(zhì)作用下發(fā)生的變形，主要包括褶皺、斷裂、節(jié)理、斷層、劈理等。

水利工程勘察中需要探測(cè)的隱伏構(gòu)造一般是指覆蓋層掩蓋下的斷層，有時(shí)也包括裂隙破碎帶。由于巖石破碎、裂隙發(fā)育、易遭風(fēng)化，且往往充泥充水，所以與圍巖相比，斷層一般具有較低的電阻率。而超高密度電阻率法通過軟件反演得出的最終成果為彩色斷面色譜圖，該色譜圖實(shí)際為測(cè)線下方地電斷面的視電阻率等值線圖，斷面不同部位各自的電阻率分別以不同的顏色來表示，低阻的部位就非常直觀的顯示出來了，而這就是我們通常要找的斷層，即推測(cè)破碎帶。由于該方法非常直觀有效，精度較高，如果再結(jié)合相應(yīng)的地質(zhì)鉆探資料，往往會(huì)取得更理想的勘探效果，因此超高密度電阻率勘探自問世以來在水利工程勘察中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。

本文即以超高密度電阻率勘探在黑龍江省雙鴨山市大葉溝水庫(kù)工程勘察中的應(yīng)用實(shí)例，來證明超高密度電阻率勘探在水利工程勘察中的勘探效果。

1 方 法

超高密度電阻率法實(shí)際上是一種陣列式電阻率測(cè)量方法，它借鑒地震勘探技術(shù)與計(jì)算機(jī)數(shù)字技術(shù)的典型應(yīng)用，集電剖面和電測(cè)深于一體，采用高密度布點(diǎn)，進(jìn)行二維地電斷面的測(cè)量，既能揭示地下某一深度水平巖性的變化，又能提供巖性沿縱向的變化情況。從主要調(diào)查對(duì)象和數(shù)據(jù)處理和成圖考察，它更具有電剖面的屬性。

進(jìn)行超高密度工作時(shí)，我們分別將兩根帶有32個(gè)電極(電極距為5m或10m)的電纜延勘探線布置，來檢測(cè)地下地層電阻率變化情況。兩個(gè)電纜布置后，做一次數(shù)據(jù)測(cè)量。一次數(shù)據(jù)的測(cè)量一共可得到約為6萬對(duì)的數(shù)據(jù)量(每對(duì)數(shù)據(jù)包括一個(gè)電壓值和一個(gè)電流值)。一次測(cè)量可覆蓋5m點(diǎn)距為315m。

2 資料解釋

Flash RES 64多通道超高密度直流電法勘探系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理是利用該套儀器專門配置的處理軟件FlashRES64S.EXE進(jìn)行處理。

反演處理結(jié)果的輸出為Surfer能夠直接調(diào)用的*.grd格式的文件，再利用Surfer繪制該剖面的真電阻率剖面圖，最后利用該真電阻率剖面圖結(jié)合地質(zhì)及其它物探方法的資料進(jìn)行綜合解釋工作。

依據(jù)反演剖面中低阻異常體或高阻異常體的形態(tài)，確定地下地質(zhì)體的形態(tài)特征。根據(jù)異常體的直立或傾斜的形態(tài)與其它位置有規(guī)律背景的對(duì)比，確定異常體的規(guī)模與產(chǎn)狀。

3 工程實(shí)例分析

大葉溝水庫(kù)位于黑龍江省雙鴨山市東南部，寶山區(qū)東南7km處的大葉溝下游，水庫(kù)壩址位于下游山口處，距河口4.8km。壩址地理坐標(biāo)為東經(jīng)130°26'23″，北緯46°30'11″。壩址以上集水面積115km2，占大葉溝總流域面積(125km2)的92.0%。

大葉溝水庫(kù)是以城市供水為主，同時(shí)兼顧防洪、灌溉及森林防火備用水源等綜合利用水庫(kù)。

水庫(kù)防洪標(biāo)準(zhǔn)按50a一遇洪水設(shè)計(jì)、1000a一遇洪水校核。工程主要建筑物由土石壩、溢洪道、輸水洞等組成。工程等別為Ⅲ等，主要建筑物為3級(jí)，次要建筑物為4級(jí)，臨時(shí)建筑物為5級(jí)。設(shè)計(jì)工程量初步估算為：混凝土方1×104m3，筑壩材料：黏土210×104m3，石方180×104m3，砂礫石8×104m3。

大葉溝水庫(kù)有上、中、下三個(gè)比較壩址，下壩址至大葉溝匯入扁石河口天然河道長(zhǎng)度約5km左右。上壩址至中壩址天然河道長(zhǎng)度約1.5km左右；中壩址至下壩址天然河道長(zhǎng)度約5.5km左右。上壩址壩頂長(zhǎng)度約300m左右，中壩址壩頂長(zhǎng)度約600m左右，下壩址壩頂長(zhǎng)度約750m左右。

下壩址正常蓄水位建議控制在不許淹沒或浸沒大昌屯為好，中壩址正常蓄水位可以淹沒大昌屯，但不許淹沒或浸沒大葉溝林場(chǎng)為控制條件。

項(xiàng)目建議書中通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后推薦下壩址為初選方案。下壩址水庫(kù)正常蓄水位 165.50m，相應(yīng)庫(kù)容5460×104m3，上壩址(本次中壩址)水庫(kù)正常蓄水位206.9m，相應(yīng)庫(kù)容6410×104m3。

本次勘察工作采用超高密度電阻率勘探來確定構(gòu)造破碎帶。主要就是依據(jù)超高密度電阻率勘探發(fā)現(xiàn)的低阻帶來確定構(gòu)造破碎帶的位置、寬度、傾向、走向及縱波波速(波速一般由地震勘探發(fā)現(xiàn)的相應(yīng)低速帶來確定)等相關(guān)參數(shù)。

本次勘探儀器使用澳大利亞ZZ Resistivity Imaging研發(fā)中心研制的FlashRES 64多通道超高密度直流電法儀。

本次野外工作采用5m點(diǎn)距，每個(gè)排列使用64根電極接地，單個(gè)排列長(zhǎng)度315m，相鄰的兩個(gè)排列重合4根電極(即重疊15m)。

本次工作在大葉溝水庫(kù)中壩址、下壩址共布置15條測(cè)線,其中中壩址野外工作布置及解釋成果詳見圖1。

對(duì)中壩址的下游輔助線(C-C’)、溢洪道2(E-E’)、新輸水洞(O-O’)的超高密度電阻率勘探可分別做如下分析：

圖2為C- C’0-915m段(對(duì)應(yīng)地震剖面水平距離0-905.89m段)的超高密度電法斷面，從超高密度電法反演結(jié)果可知，整條測(cè)線介質(zhì)不均勻。位于測(cè)線0+124m處、0+234m處及0+813m處，各發(fā)現(xiàn)1處明顯低阻異常，異常寬度分別為20m、30m及20m，均傾向大號(hào)方向。

結(jié)合地震資料綜合分析，推測(cè)有3條破碎帶Cf1、Cf2及Cf3，分別位于測(cè)線0+124m處、0+234m處及0+813m處，縱波波速分別為2000m/s、1500m/s及2200m/s，電阻率小于320Ωm，寬度分別為20m、30m及20m，均傾向大號(hào)方向。

圖3為E—E’線0-315m段(對(duì)應(yīng)地震剖面水平距離0-314.7m段)的超高密度電法斷面，從超高密度電法反演結(jié)果可知，整條測(cè)線介質(zhì)不均勻。位于測(cè)線0+178m處，發(fā)現(xiàn)1處明顯低阻異常，異常寬度均為25m，傾向小號(hào)方向，該低阻異常與地震層析成像的低波速異常比較吻合。

結(jié)合地震資料綜合分析，推測(cè)有1條破碎帶Ef1，位于測(cè)線0+178m處，縱波波速為2200m/s，電阻率<240Ωm，寬度為25m，傾向小號(hào)方向。

圖4為O—O’線0-615m段(對(duì)應(yīng)地震剖面水平距離0-604.57m段)的超高密度電法斷面，從超高密度電法反演結(jié)果可知，整條測(cè)線介質(zhì)不均勻。位于測(cè)線0+167m、測(cè)線0+260m處及測(cè)線0+493m處發(fā)現(xiàn)3處明顯低阻異常，寬度分別約20m、20m及25m，分別傾向大號(hào)方向、近似直立及近似直立。

圖1 大葉溝水庫(kù)中壩址區(qū)工程物探解釋平面圖

圖2 下游輔助線(C- C’) 0-915m段超高密度電法斷面色譜圖

圖3 溢洪道2(E- E’) 0-315m段超高密度電法斷面色譜圖

圖4 新輸水洞(O- O’) 0-615m段超高密度電法斷面色譜圖

結(jié)合地震資料綜合分析，推測(cè)有3條推測(cè)破碎帶Of1、Of2及Of3，分別位于測(cè)線0+167m、0+260m、0+493m處，縱波波速分別為2400m/s、2000m/s、1900m/s，電阻率小于320Ωm，寬度分別為20m、20m、25m，分別傾向大號(hào)方向、近似直立及近似直立。

4 結(jié) 語

超高密度電阻率勘探是一種成效顯著的物探方法，在水利工程勘察中占有重要地位。相信隨著方法技術(shù)的不斷成熟，新的儀器設(shè)備不斷涌現(xiàn)，超高密度電阻率勘探必將會(huì)有更理想的勘探效果。

[1]黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.黑龍江省雙鴨山市大葉溝水庫(kù)工程物探報(bào)告[R].哈爾濱：黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，2016.

[2]沈梅芳.超高密度電阻率法在工程勘查中的應(yīng)用[J].工程勘察，2011(02)：52.

[3]鄧一謙，雷宛.工程與環(huán)境物探[M].成都：成都理工大學(xué)信息工程學(xué)院，2003：239.

[4]中國(guó)水利電力物探科技信息網(wǎng).工程物探手冊(cè)[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，2011(81)：501-502.

1007-7596(2017)04-0131-03

2017-03-12

姜軍(1965-)，男，黑龍江密山人，工程師，從事小型農(nóng)田水利工程建設(shè)管理工作；孫寶喜(1977-)，男，山東萊陽人，高級(jí)工程師，從事工程物探工作；康學(xué)新(1966-)，女，黑龍江密山人，助理工程師，從事小型農(nóng)田水利工程建設(shè)管理工作。

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