高密度電阻率成像技術在某壩址區勘察中的應用

潘紀順　李朋輝　孫凱旋　趙蕭瀟　劉宇峰

摘 要：本研究利用高密度電阻率成像技術對甘肅某水庫壩址區進行了探測，探測區的覆蓋層厚度、基巖風化等地質條件在反演圖上都有清晰的反映，電阻率成像結果對水庫壩址的確定具有重要價值和意義。

關鍵詞：電阻率成像;覆蓋層;基巖風化

中圖分類號：TV221.2 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）26-0065-03

Application of High Density Resistivity Imaging Technology

in Investigation of a Dam Site

PAN Jishun LI Penghui SUN Kaixuan ZHAO Xiaoxiao LIU Yufeng

（College of Geoscience and Engineering， North China University of Water Resources and Electric Power，Zhengzhou Henan 450046）

Abstract： In this study， the high-density resistivity imaging technology was used to detect the dam site area of a reservoir in Gansu Province， the geological conditions such as the thickness of the overburden and the weathering of the bedrock in the detection area were clearly reflected in the inversion map， and the resistivity imaging results were of great value and significance to the determination of the dam site of the reservoir.

Keywords： resistivity imaging;overburden;bedrock weathering

水庫壩址通常選擇在高差較大的峽谷地帶，地形復雜，多呈現出U形、V形等，而較厚的覆蓋層會吸收大部分的地震波從而造成地震勘探效果欠佳，另外常用的鉆探技術由于時間、成本等問題也存在諸多困難。但是，覆蓋層和基巖存在強烈的電阻率差異，強風化的巖層相對于完整巖層通常呈現出低電阻率特征，滿足了電阻率成像技術在水庫壩址區應用的地球物理基礎。本文給出了一個電阻率成像技術在甘肅省水庫選址區的應用實例，查明了第四系覆蓋層厚度、基巖的風化程度及其空間展布狀態。

1 工程地質概況

擬建的水庫位于甘肅某地約4km的U形山溝內，水庫擬利用本區三面環山的有利地形，開挖土方筑壩蓄水。水庫處在呈不規則的U形山溝組成的凹地區，其三面環山，地勢南高北低，山頂高程為1 560～1 575m;溝底寬闊，寬度為350～500m，高程一般為1 533～1 538m，整個庫區相對高差為23～40m。調蓄水庫區所在的溝谷凹地內有一條切割于中部的沖溝，溝底高程一般在1 530～1 536m，高差為5～7m。兩岸岸坡較陡，坡度為30°～50°，岸坡受雨水沖刷侵蝕切割，完整性一般，有小規模沖溝發育。庫區基巖有零星出露，基巖巖性主要為白堊系下統洛河組-宜君組（K1l-y）礫巖、新近系中新統紅柳溝組（N1h）泥巖、砂巖夾泥巖;第四系地層廣泛分布，主要為中更新統Q2、上更新統Q3及全新統Q4松散堆積層。

工程區地處鄂爾多斯地臺內，沉積了巨厚的產狀平緩的中生界各套巖層，僅白堊系下統各組堆積厚度就超過1km，形成現今鄂爾多斯盆地地貌架構，構造形跡呈舒緩的褶皺和一些小型斷裂。地表可見的形跡為普遍分布于白堊系地層中、走向SE和SW的兩組陡傾裂隙，呈X形分布，顯示了近期以來該地區地應力主壓應力方向為近EW向。區內地層連續，產狀較穩定，地表地質測繪未發現規模較大褶皺、斷層通過。場址區地質構造不發育，地質構造簡單。

2 電阻率成像工作原理與探測方案

2.1 工作原理

高密度電阻率成像是以地下介質的電性差異為基礎，在人工施加穩定電流場的作用下通過觀測傳導電流的分布規律及其變化特點，查明地下地質構造或地質體的地球物理方法[1，2]。近年來，該方法在工程地質勘察、尋找地下水、地質災害調查、巖溶區隧道勘察等眾多工程勘查領域取得了良好的效果和顯著的經濟效益[3，4]。相對于其他常規電阻率法，它具有以下特點：電極布設是一次性完成，減少了人工布設電極的工作量;測量方式多樣，可以獲取豐富的地電斷面信息;實現了數據采集的自動化，提高了測量效率;數據處理方便，可以在現場進行數據預處理并顯示測量剖面;工作成本低，數據解釋簡單[5-8]。其工作原理如圖1所示。

2.2 探測方案

本次物探使用的高密度電法儀器是重慶地質儀器廠研制的DUK-2B型高密度電阻率儀。考慮到該區地質構造，沿著壩基中線布置2條高密度電阻率測線。所有測線電極距均為5m，且都采用溫納裝置進行觀測，測線總長為2 090m。

3 資料處理和解釋

3.1 資料處理

高密度電阻率法采用Geogiga RImager 6.0數據處理與解釋軟件處理測量數據。其使用的反演程序是基于圓滑約束最小二乘法，使用了基于準牛頓最優化非線性最小二乘法的新算法。該軟件提供數據濾波處理、地形校正等處理手段。其處理流程如下：數據連接→格式轉換→數據拼接→地形數據編輯→剔除畸變點→濾波→設置反演參數→二維反演→選定色標生成BMP圖片→結合地質資料及地形條件進行地質解釋。

3.2 資料解釋

綜合分析反演電阻率斷面圖和地質資料，主要考慮反演電阻率斷面圖中的背景值、低阻異常形態、低阻異常值及其梯度值等因素，對覆蓋層厚度、基巖面起伏情況等進行判釋;根據反演電阻率斷面圖中異常的型態和梯度高值位置，確定異常邊界。

3.2.1 測線1。測線1高密度電阻率成像結果如圖2所示。結合已有的地質資料可以判斷，測線1以泥巖、砂巖與礫巖為主，視電阻率由淺部到深部變化明顯，結合已有資料可以推測出距離地表30m以內為粉土、粉砂、粉質黏土等;30m深處至60m深處為強風化至全風化泥巖、砂巖、礫巖;60m深處以下為弱風化基巖。

3.2.2 測線2。測線2高密度電阻率法成像結果如圖3所示。覆蓋層厚度較厚，視電阻率由淺部到深部變化不大，75m以上多為低阻，結合已有資料可推測75m以上多為覆蓋層，75m以下局部有高阻出現，可推測為有強風化基巖出現。

4 結語

利用高密度電阻率成像技術，人們可以清晰地判斷出覆蓋層的厚度和基巖的起伏形態等地質條件，判斷出未風化巖層、弱風化巖層、強風化巖層的深度及其分界面，這對壩址選擇具有重要的意義。

參考文獻

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