高密度電阻率成像技術(shù)在某壩址區(qū)勘察中的應(yīng)用

潘紀(jì)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(shù)對(duì)甘肅某水庫(kù)壩址區(qū)進(jìn)行了探測(cè)，探測(cè)區(qū)的覆蓋層厚度、基巖風(fēng)化等地質(zhì)條件在反演圖上都有清晰的反映，電阻率成像結(jié)果對(duì)水庫(kù)壩址的確定具有重要價(jià)值和意義。

關(guān)鍵詞：電阻率成像;覆蓋層;基巖風(fēng)化

中圖分類號(hào)：TV221.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(kù)壩址通常選擇在高差較大的峽谷地帶，地形復(fù)雜，多呈現(xiàn)出U形、V形等，而較厚的覆蓋層會(huì)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(shù)由于時(shí)間、成本等問題也存在諸多困難。但是，覆蓋層和基巖存在強(qiáng)烈的電阻率差異，強(qiáng)風(fēng)化的巖層相對(duì)于完整巖層通常呈現(xiàn)出低電阻率特征，滿足了電阻率成像技術(shù)在水庫(kù)壩址區(qū)應(yīng)用的地球物理基礎(chǔ)。本文給出了一個(gè)電阻率成像技術(shù)在甘肅省水庫(kù)選址區(qū)的應(yīng)用實(shí)例，查明了第四系覆蓋層厚度、基巖的風(fēng)化程度及其空間展布狀態(tài)。

1 工程地質(zhì)概況

擬建的水庫(kù)位于甘肅某地約4km的U形山溝內(nèi)，水庫(kù)擬利用本區(qū)三面環(huán)山的有利地形，開挖土方筑壩蓄水。水庫(kù)處在呈不規(guī)則的U形山溝組成的凹地區(qū)，其三面環(huán)山，地勢(shì)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(gè)庫(kù)區(qū)相對(duì)高差為23～40m。調(diào)蓄水庫(kù)區(qū)所在的溝谷凹地內(nèi)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(guī)模沖溝發(fā)育。庫(kù)區(qū)基巖有零星出露，基巖巖性主要為白堊系下統(tǒng)洛河組-宜君組（K1l-y）礫巖、新近系中新統(tǒng)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(tǒng)Q2、上更新統(tǒng)Q3及全新統(tǒng)Q4松散堆積層。

工程區(qū)地處鄂爾多斯地臺(tái)內(nèi)，沉積了巨厚的產(chǎn)狀平緩的中生界各套巖層，僅白堊系下統(tǒng)各組堆積厚度就超過1km，形成現(xiàn)今鄂爾多斯盆地地貌架構(gòu)，構(gòu)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(qū)地應(yīng)力主壓應(yīng)力方向?yàn)榻麰W向。區(qū)內(nèi)地層連續(xù)，產(chǎn)狀較穩(wěn)定，地表地質(zhì)測(cè)繪未發(fā)現(xiàn)規(guī)模較大褶皺、斷層通過。場(chǎng)址區(qū)地質(zhì)構(gòu)造不發(fā)育，地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單。

2 電阻率成像工作原理與探測(cè)方案

2.1 工作原理

高密度電阻率成像是以地下介質(zhì)的電性差異為基礎(chǔ)，在人工施加穩(wěn)定電流場(chǎng)的作用下通過觀測(cè)傳導(dǎo)電流的分布規(guī)律及其變化特點(diǎn)，查明地下地質(zhì)構(gòu)造或地質(zhì)體的地球物理方法[1，2]。近年來，該方法在工程地質(zhì)勘察、尋找地下水、地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查、巖溶區(qū)隧道勘察等眾多工程勘查領(lǐng)域取得了良好的效果和顯著的經(jīng)濟(jì)效益[3，4]。相對(duì)于其他常規(guī)電阻率法，它具有以下特點(diǎn)：電極布設(shè)是一次性完成，減少了人工布設(shè)電極的工作量;測(cè)量方式多樣，可以獲取豐富的地電斷面信息;實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集的自動(dòng)化，提高了測(cè)量效率;數(shù)據(jù)處理方便，可以在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理并顯示測(cè)量剖面;工作成本低，數(shù)據(jù)解釋簡(jiǎn)單[5-8]。其工作原理如圖1所示。

2.2 探測(cè)方案

本次物探使用的高密度電法儀器是重慶地質(zhì)儀器廠研制的DUK-2B型高密度電阻率儀。考慮到該區(qū)地質(zhì)構(gòu)造，沿著壩基中線布置2條高密度電阻率測(cè)線。所有測(cè)線電極距均為5m，且都采用溫納裝置進(jìn)行觀測(cè)，測(cè)線總長(zhǎng)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(shù)據(jù)處理與解釋軟件處理測(cè)量數(shù)據(jù)。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(zhǔn)牛頓最優(yōu)化非線性最小二乘法的新算法。該軟件提供數(shù)據(jù)濾波處理、地形校正等處理手段。其處理流程如下：數(shù)據(jù)連接→格式轉(zhuǎn)換→數(shù)據(jù)拼接→地形數(shù)據(jù)編輯→剔除畸變點(diǎn)→濾波→設(shè)置反演參數(shù)→二維反演→選定色標(biāo)生成BMP圖片→結(jié)合地質(zhì)資料及地形條件進(jìn)行地質(zhì)解釋。

3.2 資料解釋

綜合分析反演電阻率斷面圖和地質(zhì)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(tài)、低阻異常值及其梯度值等因素，對(duì)覆蓋層厚度、基巖面起伏情況等進(jìn)行判釋;根據(jù)反演電阻率斷面圖中異常的型態(tài)和梯度高值位置，確定異常邊界。

3.2.1 測(cè)線1。測(cè)線1高密度電阻率成像結(jié)果如圖2所示。結(jié)合已有的地質(zhì)資料可以判斷，測(cè)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(jié)合已有資料可以推測(cè)出距離地表30m以內(nèi)為粉土、粉砂、粉質(zhì)黏土等;30m深處至60m深處為強(qiáng)風(fēng)化至全風(fēng)化泥巖、砂巖、礫巖;60m深處以下為弱風(fēng)化基巖。

3.2.2 測(cè)線2。測(cè)線2高密度電阻率法成像結(jié)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(jié)合已有資料可推測(cè)75m以上多為覆蓋層，75m以下局部有高阻出現(xiàn)，可推測(cè)為有強(qiáng)風(fēng)化基巖出現(xiàn)。

4 結(jié)語(yǔ)

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

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