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(guò)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(guò)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(wú)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(lái)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(wèn)世，即在水利工程勘察中嶄露頭角，發(fā)揮著越來(lái)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(guò)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(lái)表示，低阻的部位就非常直觀的顯示出來(lái)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(wèn)世以來(lái)在水利工程勘察中得到了越來(lái)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(lái)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(lái)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(wàn)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(méi)或浸沒(méi)大昌屯為好，中壩址正常蓄水位可以淹沒(méi)大昌屯，但不許淹沒(méi)或浸沒(méi)大葉溝林場(chǎng)為控制條件。

項(xiàng)目建議書(shū)中通過(guò)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(lái)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(lái)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(lái)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(jiàn)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(yǔ)

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(yáng)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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