超高密度电法勘探在病险水库防渗应用中的探讨

□曹登刚（贵州省黔南州水利水电勘测设计院）

采用超高密度电阻率方法查明水库岩溶管道埋深、走向及岩石风化程度的情况，为后续水库设计工作提供准确的物探信息及地质推断结果。

1 勘探原理

直流电法勘探主要是以岩土的导电性差异性，是通过对电势场分布的规律进行分析，以解决工程及水文地质问题。通过地面或地下的两个供电电极向地下注入稳定电流，形成一个稳定电势场，由于岩矿层、地质构造的不同，在地表或井下观测到的电势分布将会不同。然后通过分析这个电势分布的状况来推断地下的地质构造。

2 探测对象地球物理前提分析

水库勘测项目工作区存有粘土、灰岩、白云岩，其存在一定的电性（主要指电阻率）差异，其中粘土表现为相对低阻，灰岩、白云岩为相对高阻，为探测区进行超高密度电法勘探手段提供了较好的地球物理基础。由于各种岩土介质电阻率除本身的电性特征外，还受多种外界因素的影响，而不同岩性在不同的情况及环境下可能导致相同的电性曲线，就给物探解译造成了多解性，所以需通过钻孔资料的协助来对该地区的地质条件情况进行针对性的验证分析，并完成最终的物探解译报告。

3 超高密度电法原理及系统简介

3.1 勘探原理

该超高密度电法勘探系统为澳大利亚折京平先生多年精心研究的结晶，（超高密度电法勘探的相关论文曾在美国《Geophysics》杂志2007年3月第四期发表）。超高密度电法勘探系统主要有以下四个特点：

第一，多通道、超高密度电法勘探系统打破了常规的电法勘探中所采集数据方式的限制，而是采用自由无限制的任何4极组合方式采集数据，可采集到数十倍于常规电法勘探数据采集方式所采集的相关数据，大大提高了反演结果的准确度和可靠度，同时避免了常规数据采集方法中数据采集的片面性而导致在同一地点采用不同数据采集方式采集数据所产生的反演结果不同的缺点，这在世界上是首创。

第二，多通道、超高密度电法彻底放弃了视电阻率的观念，将所测量到的数据采用现代技术反演成真电阻率比较简单、明了的剖面图上。

第三，多通道、超高密度电法是采用61道通道技术。常规电法勘探要测得6万个数据，需要约72 h，而采用多通道、超高密度电法61道仪器，要测得6万个数据，则仅需约1 h。目前市场上常规的电法仪器，道数最多仅有16道。

第四，此方法很容易就可以完成井与井、井与地的电法勘探，在国内是首先使用。

3.2 仪器简介

该仪器是由澳大利亚ZZResistivity Imaging研发中心研发，该产品已在国内取得专利。该电法勘探系统由以下六部分组成：主机；电极；计算机；通电电缆；数据处理及反演系统；数据采集软件。

3.3 系统优势

多通道、超高密度直流电法勘探系统的优势：64道数据同时采集，花费时间少，效益高；打破常规的采集装置；采集数据量大，具有更高的解译精度；应用范围广；可对现场采集数据进行实时的监控；高性比（50/60噪声压制）；领先的2.5维反演软件；内置温度传感器；存储容量大，基本无存储量的限制；自动校正。

3.4 主要应用领域

利用井与井间和井与地电法，可以为桥、隧等工程提供较详细的地质信息；在路线勘察中，探测下伏路基的岩溶洞穴及潜在的不稳定区域；在矿山巷道、坑道内探测巷道、坑道周边及巷道间矿藏的空间分布；探测寻找地下有害物、地下空洞、采空区和墓穴等分布及规模；寻找地下水资源，水利工程渗漏通道区域及走向；矿山及水利工程帷幕灌浆效果的检测；探测碳酸盐岩中的溶洞管道走向及规模；寻找断层破碎带及走向。

4 某病险水库超高密度电法勘探成果

贵州某水库位于扬子准地台—黔北台隆—遵义断拱—贵阳复杂构造变形区。区内主要以南北向褶皱、断裂构造为主。主要褶皱有瓮安复向斜、白岩复背斜、平寨复向斜；主要断裂有向家坝压性断层、中坝压性断层、建中压性断层及板坑压性断层。

坝址区河谷高程1162 m左右，两岸高程1173.8～1182.3 m，河谷为不对称的“U”型走向河谷。两岸基岩零星裸露，覆盖层厚0～3 m，为黄色粘土夹风化碎石，坝区岩层产状209°∠27°，倾向左岸。

库坝区发育F1压扭性断层，从库区斜穿左岸，其产状为170°∠60°，沿断层带洼地、落水洞、溶洞呈串珠状分布，库盆的3个落水洞及左岸坝肩的K1溶洞均发育于该断层带，受断层影响左岸及坝肩地下水位较低。

水库坝址区、右岸出露地层为二叠系下统栖霞组：灰色中厚层灰岩；左岸为寒武系中上统娄山关群：灰色厚层白云岩。现状坝区河床有岩溶管道渗漏，左岸为沿断层破碎带渗漏。根据水库渗漏现状，在坝址区沿坝轴线方向布置3条剖面线，在左岸布置2条近于垂直坝轴线剖面线。

在5条超高密度电法勘探剖面线上发现3段异常现象，第一段位于坝址河床部位，长度约40 m，异常下限高程约1125 m；第二段位于左坝肩岸坡断层带，长度约30 m，异常下限高程约1130 m；第三段位于库区距左坝段约70 m，长度约70 m，异常高程在1140 m以下。

根据剖面异常段布置勘探孔：坝址河床异常段钻孔有掉钻现象，开挖揭露岩溶洞穴高约10 m，宽约3 m；左岸断层带异常段钻孔揭露在1136 m高程掉钻0.6 m，破碎带岩石为强透水层，地下水位高程1142.6 m，低于水库正常蓄水位25.7 m。

5 病险水库渗漏结论

根据超高密度电法勘探成果结合钻孔对异常带验证资料分析，水库渗漏为双通道渗漏，即水库沿河床岩溶管道和左坝肩断层带渗漏。水库低水位时，以河床岩溶管道渗漏为主，高水位时，同时沿两个通道向下游渗漏。

6 防渗处理方案

防渗处理采用帷幕灌浆方式进行，河床段帷幕线沿防渗齿墙布置，钻孔孔距2 m，帷幕下限按1125 m高程控制，在溶洞段设置双排帷幕，排距1.5 m，呈梅花型布置；左岸帷幕线沿坝轴线向左岸坡延伸，钻孔孔距3 m，帷幕长度按跨越断层破碎带40 m控制，帷幕下限按1130 m高程控制，对断层破碎带及影响带进行钻孔帷幕加密处理。

7 结语

超高密度电法勘探在水利工程前期阶段的应用非常有必要，为后续工程勘察指明方向及目标，使后期勘察有的放矢，对缩短工程勘察周期有较大帮助。