云南某尾礦壩人工壩體高密度電法勘察應(yīng)用*

王興華，顏拓疆，解 康

（云南冶金資源股份有限公司，云南 昆明 650500）

通過收集的部分巖礦石標(biāo)本進(jìn)行參數(shù)測定，在尾礦壩壩體及其外圍開展物探勘查工作，以便全面的了解壩體地質(zhì)構(gòu)造、裂隙等分布情況，同時探測周圍滲漏情況，為庫區(qū)下一步綜合治理工程提供依據(jù)。探測以往修筑石壩、土壩等防滲漏工程目前完好情況，是否能有效防止水滲漏，以及可能出現(xiàn)滲漏的老化地段；探查目前已發(fā)生滲漏的區(qū)域范圍，確定滲漏寬度和深度，為下一步治理提供方向；探測周邊構(gòu)造、裂隙等地質(zhì)情況，發(fā)現(xiàn)隱伏滲漏通道，為今后治理工程的部署提供依據(jù)。

1 方法技術(shù)

1.1 高密度電法方法原理

高密度電法原理上屬于電阻率法的范疇，是一種陣列布置的物探方法（圖1），也稱自動電阻率系統(tǒng)，是直流電法的發(fā)展，其功能相當(dāng)于四極電測深與電剖面法的結(jié)合[1-3]。該方法觀測點密度高，獲得信息量豐富，可以較詳細(xì)地探測水平和垂直方向上的電性變化。探測時通過電極向地下供電形成人工電場，該電場的分布與地下巖土介質(zhì)的視電阻率ρs的分布密切相關(guān)[4]。

1.2 地球物理特征

本次物探勘查涉及的物性參數(shù)主要是電性參數(shù)，根據(jù)《水電水利工程物探規(guī)程》（DL/T 5010-2005），表1列出本區(qū)主要的5種介質(zhì)的電性特征值。

表1 巖土介質(zhì)物性參數(shù)表Tab.1 physical property parameter list of geotechnical medium

場址區(qū)內(nèi)基巖主要為砂巖，潛水面應(yīng)當(dāng)較淺，基巖裂隙水主要賦存于砂巖的節(jié)理裂隙中。因此場址區(qū)內(nèi)的斷裂、節(jié)理、裂隙等多表現(xiàn)為水、土充填的形式。堆積體松散、孔隙率大相當(dāng)于空氣充填，空氣為絕緣體，故堆積體的電阻率通常比較大。本次探測的結(jié)果顯示：壩體范圍內(nèi)的低阻異常體，電阻率普遍在20 Ω·m以下，局部極小，小于2.5 Ω·m，應(yīng)為含水量較高所致。砂巖中的斷裂、裂隙多為水充填，表現(xiàn)為低阻異常，電阻率普遍在20 Ω·m以下。砂巖電阻率應(yīng)在（40～300）Ω·m之間，表現(xiàn)為中等電阻的特征，廢石、廢料堆積而成的堆積體表現(xiàn)出較高電阻率特征，電阻率應(yīng)在（300～4 000）Ω·m以上[5-6]。由此可見，在本地區(qū)各類巖（土）石之間存在明顯的電阻率差異，這為開展物探高密度電法提供了有利的物性基礎(chǔ)。

1.3 數(shù)據(jù)采集與處理

高密度電法數(shù)據(jù)處理前先進(jìn)行預(yù)處理，然后對數(shù)據(jù)進(jìn)行二維反演和地形校正，最后使用CAD繪制成圖進(jìn)行資料解釋。二維反演程序是基于圓滑約束最小二乘法的反演計算程序，使用準(zhǔn)牛頓最優(yōu)化非線性最小二乘新算法，使得大數(shù)據(jù)量下的計算速度較常規(guī)最小二乘法快數(shù)倍，此次解釋時主要參照反演后的電阻率剖面圖，利用視電阻率剖面進(jìn)行對比參照解譯[7-8]。本次高密度電法探測，對于巖溶、裂隙、構(gòu)造的綜合物探解釋主要遵循由已知到未知的原則：以工區(qū)內(nèi)以往鉆孔揭露的土層、巖層的位置、厚度對應(yīng)在剖面圖上的電阻率形態(tài)、數(shù)值大小為參考，對所測剖面逐一進(jìn)行解譯，劃分壩體、溶蝕區(qū)、構(gòu)造裂隙等，圈定泄漏范圍，并根據(jù)異常形態(tài)、電阻率值及地質(zhì)資料對圈定的異常進(jìn)行最終成果的推斷解釋[9]。

2 應(yīng)用實例

2.1 工作區(qū)地質(zhì)概括

本文選取其中比較典型的兩條剖面G1和G2進(jìn)行描述：

2.1.1 G1線剖面推斷解釋

G1線剖面電阻率斷面圖如圖2所示：剖面長327 m，剖面方位角90°，由壩體正上方通過。剖面上出現(xiàn)了4處低阻異常：G1-①：位于樁號（50～63）m，深度約15 m以下。呈團(tuán)狀，向下仍有延伸，規(guī)模較小。視電阻率值在20 Ω·m以下，推斷為含水節(jié)理、裂隙引起；G1-②：位于樁號（117～135）m，深度15 m至以下。為條帶狀分布的低阻異常，異常與周圍高阻體界線明顯，有一定規(guī)模，陡傾，向下仍有延伸，長度超過40 m。視電阻率值10 Ω·m以下，推斷為含水破碎帶引起；G1-③：位于樁號（159～219）m，深度（0～24）m。從壩體正上通過，低阻異常規(guī)模較大，呈碗狀，寬約60 m，深約24 m。視電阻率值10 Ω·m以下，推斷為壩體的粘土、雜填土、碎石引起，該處視電阻率極低，以往出現(xiàn)過漏水情況，含水粘土電阻率通常為（0.2～10）Ω·m，本次測量結(jié)果顯示該處部分地段電阻率在2.5 Ω·m以下，故認(rèn)為此處仍存在漏水隱患；G1-④：位于樁號（240～252）m，深度約15 m以下。呈團(tuán)狀，向下仍有延伸，有一定規(guī)模。視電阻率值在10 Ω·m以下，推斷為含水裂隙引起。

圖2 G1線高密度測量（溫納）電阻率斷面圖Fig.2 Cross-section diagram for resistivity of G1 line’s high density measurement(Wenner)

剖面上其它地段電阻率普遍在（400～4 000）Ω·m之間，推斷為砂巖地層引起。樁號（135～288）m段上部為G1-③低阻異常，下部為大模規(guī)高阻區(qū)電阻率普遍在2 000 Ω·m以上，與周邊異常界線明顯，完整性相對較好[10-11]。

2.1.2 G2線剖面推斷解釋

G2線剖面電阻率斷面圖如圖3所示：剖面長321 m，剖面方位角90°，由壩體正上方通過，與G1線基本平行，相距（3～5）m。電阻率斷面圖總體特征與G1線基本一致，高、低阻異常對應(yīng)良好，斷面上也可劃分出4處低阻異常：G2-①：位于樁號（45～54）m，深度約15 m以下。呈團(tuán)狀，向下仍有延伸，規(guī)模較小，與G1-①特征高度一致。視電阻率值在20 Ω·m以下，推斷為含水節(jié)理、裂隙引起；G2-②：位于樁號（102～129）m，深度約7 m至以下。為條帶狀分布的低阻異常，陡傾，向下仍有延伸，長度超過45 m，與G1-②基本相似，視電阻率數(shù)值略大，推斷為含水破碎帶引起；G2-③：位于樁號（135～201）m，深度（4～28）m。從壩體正上通過，低阻異常規(guī)模較大，呈碗狀，寬約70 m，深約24 m。視電阻率值在10 Ω·m以下，與G1-③特征高度一致，寬度略寬。推斷為壩體的粘土、雜填土、碎石引起，該處電阻率極低，巖（土）石含水率較高，存在漏水隱患；G2-④：位于樁號（210～226）m，深度（7～20）m。呈團(tuán)狀，長15 m，寬（8～11）m，視電阻率值在10 Ω·m以下，推斷為含水裂隙引起。

圖3 G2線高密度測量（溫納）電阻率斷面圖Fig.3 Cross-section diagram for resistivity of G2 line’s high density measurement(Wenner)

其它地段電阻率普遍在（300～1 000）Ω·m之間，尤其是樁號（123～213）m下部地段，與G1線高阻體對應(yīng)良好，推斷應(yīng)為砂巖地層或固體充填物引起。

3 結(jié)語

采用高密度電法測量在該壩區(qū)取得了較好的效果。

1）通過高密度電法工作，查找出尾礦壩及壩體周圍可能形成滲漏的不良地質(zhì)構(gòu)造和滲漏隱患部位，劃分出4個綜合異常；

2）推斷位于壩體正中央的Ⅲ號低阻異常為含水粘土引起，此處仍存在漏水隱患（以往有過滲漏）。推斷Ⅰ號、Ⅱ號低阻異常為含水破碎帶引起，尤其是Ⅱ號異常，極可能是斷裂形成水流通道；

3）本次工作在該壩區(qū)勘察效果明顯，對后續(xù)勘察打下了較好基礎(chǔ)，高密度電法測量成果為尾礦壩滲漏防治工作提供很好的技術(shù)支持。