高密度電阻率法在水利水電工程勘查中的應用

【摘要】在水利水電工程等的地質調查過程中，因為地質背景有著多邊形、復雜性的特點，使得使用常規電法勘探難以滿足地質調查需要。因此，被地學中稱之為“CT”的高密度電阻率法就有了長遠發展，在各類的地質調查中發揮重要作用。高密度的電阻率法又稱之為電阻率影像法，是一種陣列式的電法勘探方法，早在上個世紀的70年代末，英國學家就設計出電測深偏偏置的系統，建立高密度電阻率最新的模式。下面就結合作者的實際工作經驗，簡要的分水利水電工程勘查中高密度電阻率法的應用，以供借鑒參考。

【關鍵詞】高密度電阻率法；水利水電；工程勘查

1、 高密度電阻率法的概念分析

高密度電阻率法主要是測線上同時佩列諸多的電極，經過電極自動轉換器控制，實現了電阻率法中的各裝置、極距的自動組合，進而一次布極能夠測得多種的裝置，多種極距情況下的多種視電阻率參數方法。對取得多種參數經過相關程序地處理、自動反演成像，能夠快速、準確地給出所測地電斷面的地質解釋圖件，從而提高了電阻率方法的效果和工作效率。在條件適當時，此方法對水利水電工程物探以及探測煤礦的老硐，探測古墓墓穴等有較好的效果。高密度電阻率法使用的儀器稱為高密度電阻率儀或高密度電法測量系統。高密度電法在實際上是集中電剖面法和電測深法。其原理與普通電阻率法相同，所不同的是在觀測中設置了高密度的觀測點。是一種陣列勘探方法。

2、 高密度電阻率法的工作流程

2.1 在工作開展前，首先要對整個工作區的地理特征進行分析研究，查看是否可以使用高密度電阻率法進行勘察。由于地層巖體的形成年代不同，形成后是否經歷構造運動，熱水變質作用，風化作用等因素都會影響電阻率值的大小。因此，在對探查結果進行詳細解釋時，對比資料越多越好，例如：地質勘探資料、鉆孔資料、測井資料、室內巖土實驗資料等都是應收集的有用資料。

2.2 高密度電阻率法的數據采集包括電極系，多芯電纜，多路電極轉換器和測量主機。觀測時按設計一定間隔，等間距電極由多芯電纜通過轉換器與主機聯接，實現了數據采集、存貯、傳輸等計算機自動控制的全過程。在工區布好側線，按一定的間距插上電極，用智能電纜將其聯接，進而用采集儀采集工區數據。高密度電阻率法探測時由于電極多，在儀器自檢電極接地效果時，所提示的接地不良電極一定要處理好，必要時可給電極周圍加水，使之接地良好。

2.3 數據處理包括預處理和實際性處理。由于地下存在不均勻的物體、布設電極的接地電阻力大、地形起伏及地質噪聲等因素的影響，都會產生干擾異常。為了所得到的結果具有真實性，通常要對原始數據進行預處理，以達到剔除干擾異常的目的。預處理主要是為了解決這些在實際工作中經常遇到的問題，以便為后續實質性處理作好鋪墊。預處理方法主要包括相鄰斷面的數據拼接、剔除虛假點、插值和地形改正等幾方面。

2.4 資料實質性處理（正反、演處理）

2.4.1高密度電阻率法有限元法的正演。有限單元法是一種以變分原理和剖分插值為基礎的數值計算發放。用這種方法求解穩定電流場電位，得到地下半空間場的分布，以表征穩定電流場的空間分布。

2.4.2高密度電阻率法的測量數據在處理方法上采用佐迪方法進行二維反演。它的原理實際上是通過不斷調整初始模型參數使正演曲線與實際曲線之差達到最小，此時得到的模型就作為實際測量所得到的地址模型，由此所得的最終模型參數作為反演結果。

2.5 為了將地下地質情況能夠更準確的查清，結合實際地形條件，采用多種方法進行解釋：

通過與所得到的試驗圖像異常特征對比進行解釋；同一剖面兩種或兩種以上裝置的圖像進行對比解釋；將圖像與已知地質剖面、鉆孔等數據進行對比；抽取少量幾組符合測深條件的電測深數據進行反演解釋。

3、 高密度電阻率法在水庫工程勘察中的應用

XXX水庫位于XX鎮XX井西北方向，從XX井有簡易公路直達水庫，路程約有4km，該水庫為小益型水庫，水庫壩頂標高為2221.00m，壩底標高為2205.50m，壩高為15.50m，壩體軸長約為90m，施工時水位約為11.00m，最大庫容約為16.00m3。1998年建成后試蓄水期間，大壩外圍發現有不同程度的漏水點7處，地表漏水點隨著庫內水位的升高，其滲透水量將大大增加，在距大壩約150m處有兩個魚塘，其養魚所用的水由水庫滲漏補給。

本次電法工作采用高密度視電阻率成像技術，選用單邊偶極剖面進行一次性布極，記錄點為MN的中點O，AB=MN=a=2m，BM=na，探測深度H=OO1=（n+1）a，其中n為極距系數，取值n=1、2、3……11。在庫區共布設剖面線條4條，實測剖面總長為285m，測量點距為5m，測量點位61個，巖石及水參數點4個，其中2線剖面位于標高為2221.00m的壩頂上，剖面長約為90m，測量點為18個。

為了提高解釋精度，突出異常區，我們把原測視電阻率值ρs與檢測視電阻率值ρs1的比值，得到參數Ts=ρs/ρs1，這就給出2線Ts參數C圖像，顯然Ts=1，即ρs=ρs1說明大壩灌漿前與灌漿后電性特征一致，無異常。分析Ts參數圖像C，推理出兩個異常區，即Ts=0.2～0.6區與Ts=1.4～2.8區，為什么灌漿前與灌漿后兩次觀測的視電阻率值相差大呢？即異常突出，根據電法勘探理論分析如下：

參數Ts=0.2～0.6異常區，得出大壩灌漿前視電阻率值ρs較小，大壩該部位滲漏；灌漿后視電阻率值ρs1較大（ρs1>ρs），說明通過后期灌漿后，水泥漿充填了裂隙面，形成固結整體，使土質致密，證明滲漏水部位被堵住。

以上實踐證明：高密度電阻率技術得出的成果資料可靠、效果明顯。

結束語：

綜上所述，在對水庫大壩病害進行治理前，在灌漿投資風險大的情況下，利用高密度視電阻率成像技術方法，對水庫進行電法系統觀測，得出電法成果以指導灌漿工作，降低成本，提高注漿效果。

參考文獻：

[1]董浩斌，王傳雷；高密度電法的發展與應用[J]；地學前緣；2003年01期.

[2]汪天翼，尹健民，肖國強；高密度電阻率法檢測混凝土缺陷的模型試驗研究[J]；長江科學院院報；2003年04期.