上海勘测设计研究院有限公司 上海 200434
摘要：准确地查明水电站坝址区地质地层状况，提供合理的岩土物理力学参数对坝址的设计至关重要。本文介绍了高密度电法在尼泊尔某水电站跨河勘察实例，结合钻孔资料对高密度在厚覆盖层中的反演结果进行解释分析，阐述了高密度电法在厚覆盖层地区水电站勘察中较好的应用效果。
关键词：水电站 勘察 高密度电法 厚覆盖层
1.勘探区概况
尼泊尔某水电站处在尼泊尔卡利甘达基河峡谷段，拟规划坝址区下伏地基结构复杂，根据前期地质勘探成果及现场踏勘情况，测区覆盖层多系第四系冲积物、残坡积物、崩积物等表层覆盖物，且覆盖层非常厚，成分主要为粘土、砂、粉砂及碎块石、卵砾漂石等。基岩多为弱风化片麻岩、片岩为主。
确定使用高密度电阻率法对拟规划坝址区等处进行勘察，初步查明场地内岩土层的分布及构造等情况。
2. 高密度电法工作方法概述
2.1高密度电法工作原理
高密度电法作为地球物理勘探方法的一种，具有探测范围广、效率高等特点[1]。高密度电法基于传统的对称四极直流电测深法基本原理[2]，是集电剖面法和电测深法为一体的电法勘探方法。高密度电法自动化采集存储大量的数据点，提高了工作效率，并有效避免了人工操作可能出现的错误。仪器采集的大量数据为反演提供基础，对小目标的浅层勘探提供了可靠的保证。
2.2装置选择及外业工作方法简述
为保证高密度数据横向和垂向的反演精度，对排列装置的选择多次进行现场试验[3]。经过验证，温纳抗噪性强，在地形起伏较大的时候数据质量稳定性较好，反演结果更加可靠。对于水电站的坝址区勘察，选择温纳装置效果更好。
现场工作中选取了温纳（α）排列装置，温纳装置测量原理见图1。A和B为供电电极，M和N为测量电极，在测量过程中A、B、M、N逐点同时自排列起始端向末尾段移动，并始终保证AM=MN=NB，最终可得到倒梯形电阻率断面。
图1 温纳排列装置测量原理示意图
实际工作中，需根据勘探范围以及场地条件合理布置排列长度。为确保电极接地良好，在高密度数据采集之前需对电极进行接地电阻检查，采集过程中供电电压根据规范合理控制。
2.3 内业资料处理
高密度电法的内业资料处理则按以下几个步骤进行：格式转换、坏点编辑、地形改正、数据反演[4]、视电阻率断面成果图[5]。
视电阻率ρs断面图是资料处理的重要分析依据，充分利用已知地形、地质资料以及所采用的排列装置，分析引起电性异常的原因，例如地形引起的假异常、局部不均匀体引起的异常和探测目的地质体引起的真异常等，从而剔除干扰留下真实异常，并判断出目的体的位置[6]。
2.4 成果解释
直流高密度电测深成果解释主要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[7]。利用测区相关电性特征，可以推断地下地层的分布规律。
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。
在资料分析解释中，判别异常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。第四系电阻率值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。
3 工程应用实例
3.1 下坝址区勘探
本文以拟规划下坝址区垂直于坝轴线布设的一条高密度电法测线为例，本次工作中采用两根30道电缆，道间距10m，排列实接电极数60根，排列长度590m。现场工作采用温纳排列装置。
本次工作使用的是重庆奔腾数控技术研究所生产的WGMD-9超级高密度电阻率测量系统，根据本次勘探深度要求，设置测量最大采集层数为19层，滚动总数57。
3.2 实测资料成果解释
对本次物探高密度电法勘探成果分析解释如下：
WT01线布置在规划下坝址区枢纽处，测线垂直坝轴线并过坝轴线中心点，测线沿卡里甘达基河左岸，并跨河延伸至右岸，再二次跨河延伸至河左岸，测线总长590m。当期水面高程1818m。剖面成果图见图2。
图2 WT01下坝址垂直坝轴线高密度反演剖面
从视电阻率等值图上看，剖面电阻率总体上随深度的增加电阻率值逐渐增大。根据现场测线踏勘记录以及剖面视电阻率整体分布情况推断，砂层或粉土层的视电阻率＜400，砂卵石层视电阻率400＜＜2000 ，基岩大部视电阻率＞2000。红色实线表示推断砂或粉土层与砂卵石层的分界起伏面，红色实线上部为砂层或粉土层，下部为砂卵石层。分界面较为平缓，起伏不大，推断砂层或粉土层的总体厚度范围在30m～50m，平均厚度40m。 蓝色实线表示推断基岩起伏面，蓝色实线下部为基岩，可以看出覆盖层的厚度较大，推断覆盖层的总体厚度范围在75m～85m，随埋深变大视电阻率逐渐增大。
地表桩号240m～350m处，表部深度范围0m～9m，电阻率值相对较高，地表见卵砾石，推断为卡里甘达基河右岸一级阶地部分。
3.3 勘探成果的可靠性分析
钻孔资料显示：0~20m为粘质粉土，20m~27m为砂质粉土，27m~32.5m为粉细砂，32.5m~38.7m为砂卵砾石层，38.7m~46.5m为中砂层，46.5m~76m为砂漂卵砾石,76m~80m为弱风化片麻岩。该结果与高密度电法资料推断结果基本吻合，从而验证了本次高密度电法勘探工作的可靠性及有效性。
4结论及建议
4.1结论
通过高密度电阻率法在尼泊尔水电站勘察中的应用，根据钻孔资料对成果资料的综合分析，得出如下几点认识：
（1）当探测目的体与围岩存在一定的电性差异时，高密度电法在坝址区勘察中的效果是比较好的。
（2）高密度电法的定量解释，应结合地质踏勘及地质钻孔资料进行综合分析，从已知到未知，可得到更为准确的结果。
4.2建议
根据钻孔资料、地面调查等地质资料对物探所提供成果表和成果图进行综合分析，可得到更加可靠的结果。
针对本工区覆盖层较厚，可利用不同物探探测方法的优势，采用地震勘探、大地电磁法等综合物探方法，加大探测深度，可得到更加精确的成果。
参考文献:
[] 董浩斌，王传雷. 高密度电法的发展与应用[J]. 地学前缘（中国地质大学，北京），2003,10（1）：171-176.
[2] 刘国兴. 电法勘探原理与方法[M]. 北京：地质出版社, 2005.
[3] 王爱国，马巍，王大雁. 高密度电法不同电极排列方式的探测效果对比 [J]. 工程勘察，2007（1）：72-75.
[4] 孙大海，王兴泰. 二维视电阻率断面的快速最小二乘反演 [J]. 物探化探计算技术，1999,21（1）：2.
[5] 雷宛，肖宏跃，邓一谦. 工程与环境物探教程[M]. 北京：地质出版社, 2006.
[6] 杨发杰，巨妙兰，刘全德. 高密度电阻率探测方法及其应用[J]. 矿产与地质，2004,18（4）：356.
[7] 谭延玲，孙海民，乔丽. 高密度电阻率法在工程物探中的应用 [J]. 黑龙江水利科技，2006,34（4）：179.
论文作者:曹旭
论文发表刊物:《防护工程》2018年第19期
论文发表时间:2018/10/29
标签：电阻率论文; 高密度论文; 坝址论文; 物探论文; 资料论文; 水电站论文; 成果论文; 《防护工程》2018年第19期论文;