高密度電阻率法在某水庫滲漏勘測中的應用研究

任弘利，孟 強，李 濤，蘇可嘉

（1.東華理工大學地球物理與測控技術學院，江西南昌 330013；2.中陜核工業集團二一四大隊有限公司，陜西西安 710000）

在水利工程建設中，檢測水庫滲漏，傳統檢測手段越來越不適用。為了解決這個問題，廣大學者在直流電法的基礎上進行改進，高密度電阻率測深應運而生。基于其觀點密度大、多級電極能實現自動排列和測量參數等優勢。其被廣泛應用至水利工程建設領域。湯磊[1]等利用此法查明某水庫大壩壩址區的覆蓋層厚度、地層的巖溶發育情況以及地層的隱伏斷層情況，效果俱佳。常建勇[2]將此法用于檢測路基施工質量控制，結果可靠。李強[3]等通過此法勘查中測線較短時對地下溶洞進行正演模擬，得到溶洞的趨勢特征。從而為工程建筑地基勘探提供了可靠參考依據。如今，此法在工程地質勘察、水利水電工程、地質構造等諸多領域已得到廣泛應用，且優異成績有目共睹。因此，實踐證明高密度電阻率法在勘測水庫滲漏時是可行的。

本文主要是對土石壩水庫的壩體是否存在滲漏安全隱患進行評估，以便發現問題及時處理，防止水庫正常蓄水后發生安全事故。該土石壩水庫的地基主要以砂卵石為基礎，壩基下為強風化基巖，本文要研究討論的主要地質問題是壩基是否存在滲漏。

1 基本原理

高密度電阻率法一次布設多次測量，可以方便獲取大量實測數據，簡單、快捷、高效。該法憑借以上諸多優點，被廣泛應用在各種工程領域之中。高密度電阻率測深應運而生。其理論依舊根據巖土電性差異為基準，觀測其電、磁場在人工施加作用下的電流分布規律[4-10]。

根據不同的探測目的以及場地條件等，我們可以采用不同的電極排列方式，采用不同的裝置進行集中式或者分布式測量。一般常見的裝置可以分為偶極—偶極裝置、單極—偶極裝置、施倫貝謝裝置、溫納對稱四級等排列裝置[11-12]。改變供電以及測量電極的排列長度可以得到不同勘探深度視電阻率分布圖。

假設，存在均勻半空間中，在距離點源R處的電勢為U=。A、B電極（供電電極），M、N（測量電極）。輸入供電電流I，在兩個異性點電流源的電流場分布特性基礎上，依據疊加原理得出M、N兩點的電勢，從而求出兩點電位差。測量自動跑極方式如圖1所示。

由此可以得到電阻率ρ:

式中：K——裝置系數。

2 野外工作布置

本次野外采集是用DEM-1 型多參數直流電法儀。踏勘后依據土石壩水庫地形我們布置了3 條測線。壩頂布第1條測線，測線剖面長120m，電極距2m，共布置電極60 根；壩腰布第2 條測線，測線剖面長120m，電極距2m，電極為60 根；壩底布第3 條測線，測線剖面長290m，電極距2m，電極為90 根。如圖2 所示。實驗過程中都選擇溫納β裝置進行電極測量。

根據現場環境，在不影響勘測效果的情況下，盡量避免干擾因素，選擇合適的布線位置。接下來，確定電極位置且做好相關記錄，按照要求將電極準確無誤打入所選位置。在電極打入過程中務必保證電極耦合良好。如果因地質條件無法將電極準確無誤布置，則在軟件中進行相關記錄以免影響反演結果。若在布置過程中出現電極接觸不良，則可通過澆入適當鹽水解決。

對每個電極做好檢查工作，用電表進行接地電阻測試，以確保接地電阻的電阻率都在1kΩ之內，保證能正常工作。除此之外，對供電電源進行檢查，若儀器電源電壓低于規定時，要及時更換電池，保證其能正常工作。在測量過程中，若出現測量點誤差較大，需要多次測量并查明原由進行解決，從而保證結果的準確性。觀測時間可設為1.2s，重復觀測保證2 次，重復誤差設置為2%以內。試驗結束將數據導出并用相關軟件處理數據處理分析，得出反演結果。

3 數據分析及解釋

使用RES2DINV 軟件進行反演，將其實驗結果與我們測得的結果進行分析對比分析，剔除客觀干擾（因地形或電極周圍的局部不均勻體所引起的），根據壩體巖性的電性特征，選擇合理的等值線間隔和圖例，最終形成地質解釋剖面斷面圖。剖面縱軸為壩頂面向下埋深，橫軸為測線長度（單位m），色標圖例為反演視電阻率值（單位Ω·m）。

由于該土石壩頂部有塑性混凝土防滲墻，因此該二維斷面的視電阻率值隨深度增大而增大，斷面上視電阻率等值線扭曲，畸變較小，沿深度方向開啟型分布，不出現閉合等值線，如圖3上圖所示，經反演二維視電阻率剖面斷面圖分布特征分析可估計該區段內壩體和混凝土防滲墻的質量較好，沒有明顯的滲漏點。而土石壩頂部視電阻率斷面等值線都有明顯的低阻扭曲，畸變帶或局部低阻異常，根據這些異常分布特征分析，C0 處即頂部橫向距離60m 縱向深度8m 塑性混凝土防滲墻可能出現裂隙漏水或破損滲漏。

測線2 位于堤壩壩腰位置，如圖3 中圖所示，經測線2 剖面視電阻率斷面圖分析可發現，橫向距離56～64m，縱向位置4～9m 有很明顯的低阻異常區。推斷C1 異常區域可能存在滲漏。其余區域相對低阻區推斷解釋為壩體粘土引起，低阻異常呈條帶狀展布，說明該壩體電性特征分布均勻。壩腰靠近山體方向的高阻異常整體上升，由大壩平面對比圖分析，受土石壩形體影響，供電電流大部分集中在主壩體內，使觀測電壓相對偏高，反演后對應的地層相對變淺，形成高阻異常整體上升的現象。

圖3下圖所示，壩下測線3反演二維視電阻率斷面圖電阻率特征分析可知，兩側壩肩無明顯電性異常，而壩中部位橫向距離114～188m，縱向位置3～9m出現了明顯大面積低阻異常。推斷C2 異常區域可能存在滲漏。左側壩肩的深部C3 異常區域存在較為明顯低阻異常，推測是土石壩壩體中，當出現滲漏通道時，由于流體滲漏，附近區域出現明顯的低阻異常，從而可對滲漏位置進行推斷。結合3條測線的反演結果可以得知，測線2及測線3底部均出現明顯的低阻體，推斷在大壩底部可能存在一條滲漏通道，而測線1由于受探測深度限制未能反映出壩底是否存在的滲漏通道。根據測線1和測線2剖面電性異常分析并結合現場施工資料，壩腰也可能存在一定范圍的滲漏跡象。為了驗證本次物探結果的準確性，通過實地踏勘和后期鉆探，在壩腰中間發現了一個明顯出水口，位置和本次高密度電阻率法探測結果基本吻合。

4 結論

本次高密度電阻率法在土石壩水庫滲漏勘測中取得了較好效果。依據剖面反演結果綜合對比分析，推斷壩腰的橫向距離56～64m，縱向位置4～9m位置可能存在滲漏管涌問題，對壩中部位橫向距離114～188m，縱向位置3～9m 處一低阻異常區，推斷也可能存在滲漏。結合前期的工程地質調查、后期的鉆探資料驗證，證實本次高密度電阻率法探測成果的準確性。此外查明了土石壩水庫的滲漏位置，為土石壩水庫除險加固提供科學的參考依據。

通過本次高密度電阻率法在土石壩水庫的滲漏勘測的應用，可得出以下結論：

（1）高密度電阻率法做到了一次性布設電極，可以自動進行采集和存儲，野外數據采集過程中體現了極高的工作效率；

（2）采用二維反演，結果直觀，成效顯著；

（3）使用高密度電阻率法進行堤壩滲漏探測，容易受到觀測環境影響，數據處理過程中應重視施工環境中近地表可能存在的電性各向異性和人文電磁干擾。