高密度电法在风电开发建设中的应用实例分析

丰 赟，首 琦，朱正君（四川中水成勘院工程物探检测有限公司，四川成都610000）

高密度电法在风电开发建设中的应用实例分析

丰 赟，首 琦，朱正君（四川中水成勘院工程物探检测有限公司，四川成都610000）

风电是技术较成熟、最具工业化前景和最具成本竞争优势的可再生能源之一。在风电开发建设中，高密度电法作为一种基于地下介质导电性差异的物探方法，可以用于解决查清覆盖层厚度、查明地下地层结构和查清地下不良地质体等诸多地质问题，其经济、快捷、高效的特点使其成为风电地质勘察中不可或缺的重要工具。

高密度电法；风电；岩溶；覆盖层

1 引言

随着全球化石能源枯竭、供应紧张、气候变化形势严峻，世界各国都认识到了发展可再生能源的重要性。“十三五”时期既是我国能源转型发展的关键时期，也是风电等可再生能源产业持续健康发展的关键期。风电是技术较成熟、最具工业化前景和最具成本竞争优势的可再生能源之一。它不仅能替代逐步枯竭的化石能源，保障世界的能源安全，更重要的是风电能缓解日益恶化的环境污染，促进世界经济更和谐、更健康的发展，在不久的将来成本优势会超越传统化石能源，成为即清洁又经济的新型能源。

高密度电法是以地下介质导电性差异为基础，通过观测和研究与这些差异有关人工电场的分布规律，可达到查明地下地层分层、地质构造和寻找地下电性不均匀体（岩溶、风化层、滑坡体、堆积体等不良地质体）的一种地球物理勘探方法。高密度电法以其轻便、快捷、经济有效的优点为工程物探人员所接受，被广泛应用于工程地质勘察工作中。

风电开发建设中，风电机组及升压站的选址是地质勘察中关键环节，主要的地质问题包括查明选址区域内地层的物质组成、层次结构和分布规律，查明岩溶分布、发育情况，以及查明岩土体的电性参数等问题，而这些地质问题都与物质间的电性差异相关，往往都能通过高密度电法加以解决。本文通过工程实例分析来介绍高密度电法在风电开发建设中的应用，论证其“使用一种方法，解决多种问题”的特点，展现其经济、方便、快捷的优势。

2 高密度电法

2.1 方法原理

高密度电法实际上是多种排列的常规电阻率法与资料自动反演处理相结合的综合方法，基本原理与常规电阻率法相同。它的基本工作方法是通过高密度电法测量系统中的计算机软硬件，控制着在同一条多芯电缆上布置连结的大量电极，使其自动组成多个垂向测深点或多个不同探测深度的探测剖面，根据控制系统中选择的探测装置类型，对电极进行相应的排列组合，按照测深点位置的排列顺序或探测剖面的深度顺序，逐点或逐层探测，电阻率数据自动采集、记录。将记录数据送入计算后，还可对数据进行常规处理和反演计算，给出关于地电断面分布的的各种图示结果，便可快速及时地完成地质勘探任务。

2.2 方法技术

高密度电法有多种电极排列方式，如AMNB温纳四极排列、ABMN偶极排列、ρSAB联合三极排列、微分排列等装置。在风电地质勘察中，往往综合采用温纳AMNB和偶极ABMN两种装置，温纳装置测试数据稳定性好，对纵向电性变化反映较为明显，反演深度准确；偶极装置测试数据稳定性好，对横向电性变化反映较为明显，对岩溶地区的解释较为准确。

2.3 资料处理

高密度电法数据处理所测得的电阻率，经数据格式转换、数据预处理、地形校正、正演和反演计算，最后得到视电阻成像色谱图并对其进行地质解释。其主要流程包括：①把格式转换好的电阻率，经数据预处理消除坏点。②根据现场实验和与其它资料对比分析，选择正演、反演计算参数。③把经预处理后的数据经地形静校正。④采用最小二乘法进行正演计算。⑤反演采用最佳拟合法，给定一个初始地电断面，在初始断面上计算电阻率的理论曲线，将理论曲线与实测曲线作对比 （拟合），通过修改参数获得最佳拟合效果。电阻率剖面色谱图形象、直观地反映各测试剖面的地电断面电性展布趋势。通过定性分析可确定地下岩土体的电阻率分布，达到定量推断地电断面，最终确定覆盖层厚度及下伏完整基岩起伏形态。

3 实例分析

风电机组沿山脊布置，山脊宽约50～300m，地形坡度5～ 12°，局部地段地形起伏较大，分布高程3000～3600m，风机位位于坡顶一带，多基岩裸露，测区覆盖层主要为耕植土、坡残积粉质粘土，基岩主要为白云岩、灰岩和粉砂岩。

3.1 查清覆盖层厚度

2#风机位布置1条高密度电法剖面，电极间距为3m，剖面长度180m，风机位位于剖面桩号90m处，地表高程在3027～3042m之间，高密度电法温纳装置反演色谱图见图1。

图1 2#风机位温纳装置反演色谱图

通过对2#风机位的反演色谱图分析可知，测区地下30m深度范围内地层大致分为两层，表面覆盖层较厚，其厚度介于4～13m之间，风机位处覆盖层厚度大于3m，下伏基岩为白云岩，其电阻率值介于3000～18000Ω·m之间。

3.2 查清岩性分界面

63#风机位布置1条高密度电法剖面，电极间距为3m，剖面长度180m，风机位位于剖面桩号87m处，地表高程在3311～3321m之间，高密度电法温纳装置反演色谱图见图2。

图2 63#风机位温纳装置反演色谱图

通过对63#风机位的反演色谱图分析可知，测区地下30m深度范围内地层大致分为两部分，桩号0～102m段表层覆盖层较薄，下覆基岩为灰岩，其电阻率值介于 3000～ 18000Ω·m之间；桩号102～180m段表层覆盖层浅薄，约为1～ 3m，下覆基岩为粉砂岩，其电阻率值介于40～300Ω·m之间。在桩号102m附近有一个很明显的岩性分界面。

3.3 查找溶蚀区

67#风机位布置1条高密度电法剖面，电极间距为3m，剖面长度180m，风机位位于剖面桩号90m处，地表高程在3240～3247m之间，高密度电法温纳装置反演色谱图见图3，偶极装置反演色谱图见图4。

图3 67#风机位温纳装置反演色谱图

图4 67#风机位温纳装置反演色谱图

通过对67#风机位的反演色谱图分析可知，测区地下30m深度范围内地层大致分为两层，表层覆盖层较薄，其厚度介于0～2m之间，基岩为灰岩，其电阻率值介于 1000～ 12000Ω·m之间。在剖面桩号81～99m段下方3～10m范围内电阻率呈现低电阻晕团及条带状分布，电阻率值介于40～ 300Ω·m之间，推测为溶蚀区。

4 结论

（1）本次高密度电法探测，进一步证明高密度电法作为一种常规物探方法，在查明覆盖层厚度，查清地层层次结构，查明溶蚀情况等方面有着较好的应用效果。

（2）在使用高密度电法查找溶蚀区时，应采用多种装置进行数据采集，综合分析，以保证对溶蚀区的精确解释。

（3）高密度电法作为一种高效、经济、快捷的物探方法，可以解决风电地质勘察过程中的诸多问题，在风电开发建设中大有可为。

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[3]董浩斌，王传雷.高密度电法的发展与应用[J].地学前缘，2003，10（1）：171～176.

P641.7

A

2095-2066（2016）33-0072-02

2016-11-12

丰 赟（1978-），男，工程师，硕士研究生，研究方向为地震波数值模拟、工程地球物理。