高密度电阻率成像技术在某坝址区勘察中的应用

潘纪顺　李朋辉　孙凯旋　赵萧潇　刘宇峰

摘 要：本研究利用高密度电阻率成像技术对甘肃某水库坝址区进行了探测，探测区的覆盖层厚度、基岩风化等地质条件在反演图上都有清晰的反映，电阻率成像结果对水库坝址的确定具有重要价值和意义。

关键词：电阻率成像;覆盖层;基岩风化

中图分类号：TV221.2 文献标识码：A 文章编号：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

水庫坝址通常选择在高差较大的峡谷地带，地形复杂，多呈现出U形、V形等，而较厚的覆盖层会吸收大部分的地震波从而造成地震勘探效果欠佳，另外常用的钻探技术由于时间、成本等问题也存在诸多困难。但是，覆盖层和基岩存在强烈的电阻率差异，强风化的岩层相对于完整岩层通常呈现出低电阻率特征，满足了电阻率成像技术在水库坝址区应用的地球物理基础。本文给出了一个电阻率成像技术在甘肃省水库选址区的应用实例，查明了第四系覆盖层厚度、基岩的风化程度及其空间展布状态。

1 工程地质概况

拟建的水库位于甘肃某地约4km的U形山沟内，水库拟利用本区三面环山的有利地形，开挖土方筑坝蓄水。水库处在呈不规则的U形山沟组成的凹地区，其三面环山，地势南高北低，山顶高程为1 560～1 575m;沟底宽阔，宽度为350～500m，高程一般为1 533～1 538m，整个库区相对高差为23～40m。调蓄水库区所在的沟谷凹地内有一条切割于中部的冲沟，沟底高程一般在1 530～1 536m，高差为5～7m。两岸岸坡较陡，坡度为30°～50°，岸坡受雨水冲刷侵蚀切割，完整性一般，有小规模冲沟发育。库区基岩有零星出露，基岩岩性主要为白垩系下统洛河组-宜君组（K1l-y）砾岩、新近系中新统红柳沟组（N1h）泥岩、砂岩夹泥岩;第四系地层广泛分布，主要为中更新统Q2、上更新统Q3及全新统Q4松散堆积层。

工程区地处鄂尔多斯地台内，沉积了巨厚的产状平缓的中生界各套岩层，仅白垩系下统各组堆积厚度就超过1km，形成现今鄂尔多斯盆地地貌架构，构造形迹呈舒缓的褶皱和一些小型断裂。地表可见的形迹为普遍分布于白垩系地层中、走向SE和SW的两组陡倾裂隙，呈X形分布，显示了近期以来该地区地应力主压应力方向为近EW向。区内地层连续，产状较稳定，地表地质测绘未发现规模较大褶皱、断层通过。场址区地质构造不发育，地质构造简单。

2 电阻率成像工作原理与探测方案

2.1 工作原理

高密度电阻率成像是以地下介质的电性差异为基础，在人工施加稳定电流场的作用下通过观测传导电流的分布规律及其变化特点，查明地下地质构造或地质体的地球物理方法[1，2]。近年来，该方法在工程地质勘察、寻找地下水、地质灾害调查、岩溶区隧道勘察等众多工程勘查领域取得了良好的效果和显著的经济效益[3，4]。相对于其他常规电阻率法，它具有以下特点：电极布设是一次性完成，减少了人工布设电极的工作量;测量方式多样，可以获取丰富的地电断面信息;实现了数据采集的自动化，提高了测量效率;数据处理方便，可以在现场进行数据预处理并显示测量剖面;工作成本低，数据解释简单[5-8]。其工作原理如图1所示。

2.2 探测方案

本次物探使用的高密度电法仪器是重庆地质仪器厂研制的DUK-2B型高密度电阻率仪。考虑到该区地质构造，沿着坝基中线布置2条高密度电阻率测线。所有测线电极距均为5m，且都采用温纳装置进行观测，测线总长为2 090m。

3 资料处理和解释

3.1 资料处理

高密度电阻率法采用Geogiga RImager 6.0数据处理与解释软件处理测量数据。其使用的反演程序是基于圆滑约束最小二乘法，使用了基于准牛顿最优化非线性最小二乘法的新算法。该软件提供数据滤波处理、地形校正等处理手段。其处理流程如下：数据连接→格式转换→数据拼接→地形数据编辑→剔除畸变点→滤波→设置反演参数→二维反演→选定色标生成BMP图片→结合地质资料及地形条件进行地质解释。

3.2 资料解释

综合分析反演电阻率断面图和地质资料，主要考虑反演电阻率断面图中的背景值、低阻异常形态、低阻异常值及其梯度值等因素，对覆盖层厚度、基岩面起伏情况等进行判释;根据反演电阻率断面图中异常的型态和梯度高值位置，确定异常边界。

3.2.1 测线1。测线1高密度电阻率成像结果如图2所示。结合已有的地质资料可以判断，测线1以泥岩、砂岩与砾岩为主，视电阻率由浅部到深部变化明显，结合已有資料可以推测出距离地表30m以内为粉土、粉砂、粉质黏土等;30m深处至60m深处为强风化至全风化泥岩、砂岩、砾岩;60m深处以下为弱风化基岩。

3.2.2 测线2。测线2高密度电阻率法成像结果如图3所示。覆盖层厚度较厚，视电阻率由浅部到深部变化不大，75m以上多为低阻，结合已有资料可推测75m以上多为覆盖层，75m以下局部有高阻出现，可推测为有强风化基岩出现。

4 结语

利用高密度电阻率成像技术，人们可以清晰地判断出覆盖层的厚度和基岩的起伏形态等地质条件，判断出未风化岩层、弱风化岩层、强风化岩层的深度及其分界面，这对坝址选择具有重要的意义。

参考文献

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