超高密度电阻率勘探在水利工程勘察中的应用

2017-07-05孙宝喜康学新

黑龙江水利科技 2017年4期

关键词：坝址电法测线

姜军，孙宝喜，康学新

(1.密山市河务管理处，黑龙江密山 158300；2.黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨 150080)

超高密度电阻率勘探在水利工程勘察中的应用

姜军1，孙宝喜2，康学新1

(1.密山市河务管理处，黑龙江密山 158300；2.黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨 150080)

为了对拟建大叶沟水库库区进行相关的工程地质勘察，采用了超高密度电阻率勘探方法，通过该方法的现场使用及后继相关资料的解释处理，表明：该方法野外操作简便，工作效率高，可节省大量的工程钻探费用；该方法资料解释得出的推测破碎带相关参数，通过与相应位置的钻孔资料对比，基本吻合，较为精准；该方法发现的低阻带与其它物探方法发现的异常相互比对，也基本一致。结论超高密度电阻率勘探是一种高效快速、准确可靠、经济实用的物探方法，在水利工程勘察领域具有广阔的发展前景，在众多的工程勘察方法中值得采用。

超高密度电阻率勘探；色谱图；低阻带；推测破碎带；水利工程

0 前言

超高密度电阻率法是一种集高速、大量数据采集、灵活的电极布置和反演技术于一身的电法新技术。该方法相对于高密度电阻率法具有野外作业效率更高、数据量更大、精度更高、反演断面两端无倒三角形盲区等明显优点。它属于电阻率法勘探方法中一个重要分支。

超高密度电阻率法是近年来新兴的一种先进物探方法，由超高密度电阻率法在野外自带采集的原始数据，经相关软件反演所得的彩色断面色谱图，不仅能反映出基地的起伏，还清楚地反映出低阻破碎带的存在，因此该方法一经问世，即在水利工程勘察中崭露头角，发挥着越来越大的作用。

隐伏构造一般是指覆盖层掩盖下的地质构造。工程地质学定义的地质构造是指组成地壳的岩层和岩体在内、外动力地质作用下发生的变形，主要包括褶皱、断裂、节理、断层、劈理等。

水利工程勘察中需要探测的隐伏构造一般是指覆盖层掩盖下的断层，有时也包括裂隙破碎带。由于岩石破碎、裂隙发育、易遭风化，且往往充泥充水，所以与围岩相比，断层一般具有较低的电阻率。而超高密度电阻率法通过软件反演得出的最终成果为彩色断面色谱图，该色谱图实际为测线下方地电断面的视电阻率等值线图，断面不同部位各自的电阻率分别以不同的颜色来表示，低阻的部位就非常直观的显示出来了，而这就是我们通常要找的断层，即推测破碎带。由于该方法非常直观有效，精度较高，如果再结合相应的地质钻探资料，往往会取得更理想的勘探效果，因此超高密度电阻率勘探自问世以来在水利工程勘察中得到了越来越广泛的应用。

本文即以超高密度电阻率勘探在黑龙江省双鸭山市大叶沟水库工程勘察中的应用实例，来证明超高密度电阻率勘探在水利工程勘察中的勘探效果。

1 方法

超高密度电阻率法实际上是一种阵列式电阻率测量方法，它借鉴地震勘探技术与计算机数字技术的典型应用，集电剖面和电测深于一体，采用高密度布点，进行二维地电断面的测量，既能揭示地下某一深度水平岩性的变化，又能提供岩性沿纵向的变化情况。从主要调查对象和数据处理和成图考察，它更具有电剖面的属性。

进行超高密度工作时，我们分别将两根带有32个电极(电极距为5m或10m)的电缆延勘探线布置，来检测地下地层电阻率变化情况。两个电缆布置后，做一次数据测量。一次数据的测量一共可得到约为6万对的数据量(每对数据包括一个电压值和一个电流值)。一次测量可覆盖5m点距为315m。

2 资料解释

Flash RES 64多通道超高密度直流电法勘探系统的数据处理是利用该套仪器专门配置的处理软件FlashRES64S.EXE进行处理。

反演处理结果的输出为Surfer能够直接调用的*.grd格式的文件，再利用Surfer绘制该剖面的真电阻率剖面图，最后利用该真电阻率剖面图结合地质及其它物探方法的资料进行综合解释工作。

依据反演剖面中低阻异常体或高阻异常体的形态，确定地下地质体的形态特征。根据异常体的直立或倾斜的形态与其它位置有规律背景的对比，确定异常体的规模与产状。

3 工程实例分析

大叶沟水库位于黑龙江省双鸭山市东南部，宝山区东南7km处的大叶沟下游，水库坝址位于下游山口处，距河口4.8km。坝址地理坐标为东经130°26'23″，北纬46°30'11″。坝址以上集水面积115km2，占大叶沟总流域面积(125km2)的92.0%。

大叶沟水库是以城市供水为主，同时兼顾防洪、灌溉及森林防火备用水源等综合利用水库。

水库防洪标准按50a一遇洪水设计、1000a一遇洪水校核。工程主要建筑物由土石坝、溢洪道、输水洞等组成。工程等别为Ⅲ等，主要建筑物为3级，次要建筑物为4级，临时建筑物为5级。设计工程量初步估算为：混凝土方1×104m3，筑坝材料：黏土210×104m3，石方180×104m3，砂砾石8×104m3。

大叶沟水库有上、中、下三个比较坝址，下坝址至大叶沟汇入扁石河口天然河道长度约5km左右。上坝址至中坝址天然河道长度约1.5km左右；中坝址至下坝址天然河道长度约5.5km左右。上坝址坝顶长度约300m左右，中坝址坝顶长度约600m左右，下坝址坝顶长度约750m左右。

下坝址正常蓄水位建议控制在不许淹没或浸没大昌屯为好，中坝址正常蓄水位可以淹没大昌屯，但不许淹没或浸没大叶沟林场为控制条件。

项目建议书中通过技术经济比较后推荐下坝址为初选方案。下坝址水库正常蓄水位 165.50m，相应库容5460×104m3，上坝址(本次中坝址)水库正常蓄水位206.9m，相应库容6410×104m3。

本次勘察工作采用超高密度电阻率勘探来确定构造破碎带。主要就是依据超高密度电阻率勘探发现的低阻带来确定构造破碎带的位置、宽度、倾向、走向及纵波波速(波速一般由地震勘探发现的相应低速带来确定)等相关参数。

本次勘探仪器使用澳大利亚ZZ Resistivity Imaging研发中心研制的FlashRES 64多通道超高密度直流电法仪。

本次野外工作采用5m点距，每个排列使用64根电极接地，单个排列长度315m，相邻的两个排列重合4根电极(即重叠15m)。

本次工作在大叶沟水库中坝址、下坝址共布置15条测线,其中中坝址野外工作布置及解释成果详见图1。

对中坝址的下游辅助线(C-C’)、溢洪道2(E-E’)、新输水洞(O-O’)的超高密度电阻率勘探可分别做如下分析：

图2为C- C’0-915m段(对应地震剖面水平距离0-905.89m段)的超高密度电法断面，从超高密度电法反演结果可知，整条测线介质不均匀。位于测线0+124m处、0+234m处及0+813m处，各发现1处明显低阻异常，异常宽度分别为20m、30m及20m，均倾向大号方向。

结合地震资料综合分析，推测有3条破碎带Cf1、Cf2及Cf3，分别位于测线0+124m处、0+234m处及0+813m处，纵波波速分别为2000m/s、1500m/s及2200m/s，电阻率小于320Ωm，宽度分别为20m、30m及20m，均倾向大号方向。

图3为E—E’线0-315m段(对应地震剖面水平距离0-314.7m段)的超高密度电法断面，从超高密度电法反演结果可知，整条测线介质不均匀。位于测线0+178m处，发现1处明显低阻异常，异常宽度均为25m，倾向小号方向，该低阻异常与地震层析成像的低波速异常比较吻合。

结合地震资料综合分析，推测有1条破碎带Ef1，位于测线0+178m处，纵波波速为2200m/s，电阻率<240Ωm，宽度为25m，倾向小号方向。