高密度电阻率法在水电工程岩溶探测中的研究与应用

杨嘉明，杨 雪，朱冠宇

（中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林长春130021）

1 概述

目前，岩溶探测主要地球物理方法有三大类，分别是地震波法类，包括地震折射波法、地震反射波法；电磁法类，包括探地雷达法、高密度电阻率法、瞬变电磁法、可控源音频大地电磁法；孔间CT类，包括电磁波CT，地震波CT。以上地球物理方法均在不同工程领域取得了较好的岩溶探测效果，并得以验证和认可。然而，由于岩溶发育的隐蔽性，其形态、大小、埋深、填充物等均存在不确定性，因此根据实际情况“因地制宜”地选择地球物理方法去“对症下药”非常重要。此次探测的工区经过初步的开挖后，覆盖层相对较薄，地势平坦且障碍物少，探测深度要求50m内，综合分析地形地貌和地质条件，此次岩溶探测选用高密度电阻率法，给工程建设提供了较准确的地球物理成果和解释。

2 检测方法

高密度电阻率法以传统的直流电法为理论基础，同时具备电测深法及联合电剖面法的优点，属于阵列式勘探方法。在一次布设和采集过程中，既能探测出覆盖层厚度（含全风化基岩）及较新基岩面起伏形态，又能探测出基岩内低阻异常（断层破碎带、岩溶、深风化等）。该方法可根据实际情况一次性沿测线布设几十到上千米，也可根据探测目标体大小和埋深来选择电极间距。大量的数据点为处理、分析、解释提供有力支撑，确保了探测效果的准确高效。同时多条剖面的组合反演还能通过软件实现更加直观的三维成像。

3 项目概况

DTX水利枢纽工程位于珠江流域西江干流黔江河段的大藤峡出口弩滩附近，是红水河梯级规划中最末一个梯级工程，规模为Ⅰ等大（1）型工程。根据前期地质勘探成果及现场踏勘情况，该工程左岸临时建筑物区域内植被较发育，通视条件较好。覆盖层多为第四系粉土、粉质粘土，基岩主要为灰岩、泥灰岩、白云岩。从地球物理角度来看，一般覆盖层与基岩风化层、基岩风化层与新鲜基岩、岩溶与围岩、断层（破碎带）与围岩等之间均存在较大的物性差异，在这些分界面和物性突变点将产生电性分界，为勘探提供了地球物理条件。

4 工作布置

根据地质要求布设测线，现场实际情况总共完成高密度电祖率法探测测线18条，单条测线排列长295～1345m，排列总长12520m。现场准备20根10道电缆，道间距5m，可根据测线长度灵活调整电缆根数，短剖面一次性铺设完成后进行采集，长剖面通过滚动电缆进行拼接式采集。数据采集前先进行电极自检，合格后进行接地电阻检测，通过培土浇盐水等手段确保接地电阻良好且均一。为同时探测覆盖层厚度（含全风化基岩）及基岩内部低阻异常，此次探测选用温纳（α）排列装置（见图1）。其中A，B为供电电极，M，N为测量电极，且始终保持AM=MN=NB。为确保原始数据的可靠性，设置供电时间2s，重复采集3次。为达到50m的勘探深度要求，设置采集层数为22层。

图1 温纳排列装置测量跑极示意图

5 数据处理

高密度电祖率法的数据处理流程如下：

1）坏点编辑。由于野外数据采集过程中会受多种外界因素的干扰，使个别原始数据发生畸变，同时带入计算反演会影响整体成果质量，因此首先通过仪器自带的E60M软件进行坏点剔除，再通过RES2DINV软件进行交互式剔除非值点，以确保数据真实可靠性，避免产生假异常。

2）数据拼接。由于20根电缆最大采集长度为995m，因此个别长剖面在进行滚动式采集后，需进行数据的拼接，然后再进行下一步处理工作。

3）地形改正。RES2DINV软件中的原始模型均为水平层状介质，而实际工作中的地形地貌则是起伏不定的，为使反演数据与实际地形情况相统一，避免因地形变化而产生假异常，需进行地形改正工作。通过实测每个电极位置及高程，形成测线断面测量数据，加入反演文件，编辑完成后再开展下一步处理工作。

4）数据反演。将准备好的数据再次导入RES2DINV软件，通过运算矩阵（RUNJACOBWIN）建立反演模型，再通过最小二乘法（Least-squaresinversion）进行反演。反演计算后的数据通过专用的显示模块进行图像显示，包括电阻率等值图、位图和反演数据成果。

5）绘制剖面成果图。将经RES2DINV反演输出的ρs断面数据，导入Sufer软件进行网格化处理，绘制成色谱填充的视电阻率ρs断面等值线图。最后将等值线图转换到AutoCAD中，经修整、比例调整后生成最终的视电阻率ρs断面成果图，供分析解释。

6 实测成果分析与解释

6.1 分析与解释原则

高密度电阻率法深成果，解释建立在测区各项物性参数和地质资料的基础上，岩层电阻率不仅与地层结构、构造、成份、成因有关，还与其岩石孔隙度、密度、地下水含量等因素有关。利用测区相关物性特征，可以推断地下地层的分布规律。

6.2 成果分析与解释

现选取W1-8剖面探测成果为例，分析解释如下：

1）电性分层。从剖面视电阻率等值线图来看，W1-8线剖面电阻率横向分布不均，纵向成层性较好，总体上可划分为两个电性层：第Ⅰ层，视电阻率范围为10～80Ω·m，厚6～30m，为第四系覆盖层，主要为粉质粘土夹碎石；第Ⅱ层，视电阻率范围为80～900Ω·m，推测为较完整基岩，主要为灰岩。等值线图中的黑色虚线为推断基岩起伏面，覆盖层厚度范围为6～30m，覆盖层整体呈现中间厚两头薄的分布趋势，剖面中部基岩面下凹。

2）电性异常解释。异常编号K03，地表桩号为164～174m，深度范围为11～16m，该区域电阻率低值异常，推断可能为溶蚀发育或岩体完整性较差。区域下部视电阻率等值线趋势变化，逐渐向深部延伸，形成漏斗状。电阻率较围岩偏低，推断该区域溶蚀发育形成溶槽，岩体完整性较差；异常编号K04，地表桩号为223～235m，深度范围为11.2～15.5m，该区域电阻率低值异常，推断可能为溶蚀发育或岩体完整性较差。

7 结论与认识

1）此次探测是从地层物性差异的角度来分析地下构造总体轮廓，对于物性差异不大的不同地质体或规模较小的异常地质体，分辨能力较弱。同时由于剖面成果只反映测线地表下方地层构造，对于非测线上的周边区域的地层地质情况尚不能予以揭露。

2）剖面成果解释工作按照从已知到未知，先易后难，点面结合，反复认识和以定性指导定量的原则进行；解释结论应与测区总的规律统一，定量解释与定性解释统一，物性解释与客观地质规律统一。

3）在资料分析中，异常判别主要是根据电阻率值变化趋势及相对值大小、ρs等值线的形态等综合因素进行考虑。第四系电阻率与含水量相关性很大，即含水量大小决定了其电阻率的高低，造成第四系电阻率横向不均匀性；另外，反演结果有平均效应，可能对分辨率产生影响。

4）建议地质人员在使用本物探成果资料时，根据钻孔资料、地质测绘等其他地质资料对物探所提供成果表和成果图进行综合分析判断。