双鸭山市寒葱沟水库渗漏水通道超高密度电法探测报告.docx
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双鸭山市寒葱沟水库渗漏水通道超高密度电法探测报告
双鸭山市寒葱沟水库渗漏水通道
超高密度电法探测报告
黑龙江省水利水电勘测设计研究院
工程物探检测处
2007年10月
双鸭山市寒葱沟水库渗漏水通道
超高密度电法探测报告
审查：
校核：
编写：
提交单位：
黑龙江省水利水电勘测设计研究院
工程物探检测处
提交时间：
2007年10月
前言
黑龙江省双鸭山市寒葱沟水库自建成蓄水之日开始即存在一定程度的渗漏水现象，且随着时间的推移，该水库的渗漏水现象越来越严重，甚至由于渗漏水的作用导致在水库大坝的左坝肩位置诱发了一定程度的滑坡，该滑坡危及到了大坝的安全，所以该水库渗漏水若不尽快得到有效的治理在不久的将来极有可能导致非常严重的后果，但是在制定有效的治理方案之前必须先调查清楚水库渗漏水的通道，只有这样才能做到对症下药，指定出合理有效且节约的治理方案，显然仅靠无针对性的钻探工作是很难找到该水库的渗漏水通道的，且单纯的钻探费时费力而又成本太高。
为了弥补钻探这种勘探方法的这一缺陷，以便用尽量少的时间和费用达到如实的了解水库渗漏水通道的目的，我工程物探检测处利用应用地球物理勘探类方法中的新方法新技术，由澳大利亚ZZResistivityImaging研发中心最新研制成功的――FlashRES64多通道超高密度地面／井地／井井直流电法勘探系统对寒葱沟水库坝址附近一定范围内的场地（主要针对大坝坝体及左坝肩部位）进行了超高密度电法渗漏水通道探测工作。
为了圆满的完成本次寒葱沟水库超高密度电法渗漏水通道探测工作，我们组织相关专业技术人员于2007年09月份进行了现场数据采集工作，在室内对资料经过认真处理和解释后编写本报告，于2007年10月10日完成本报告。
1工程概况
寒葱沟水库位于黑龙江省双鸭山市岭东区岭东煤矿以南约六公里处的安邦河上，该水库功能以满足双鸭山市的城镇居民供水为主。
寒葱沟水库位于完达山支脉低山区，库、坝区森林密布，灌木丛生，植被发育，测区内交通比较方便，交通位置如下图1所示。
图1寒葱沟水库交通位置示意图
2工作目的与任务
本次对寒葱沟水库所做的地球物理勘探工作的目的主要是确认该水库大坝下游坝脚处的出水点的渗水来源及渗漏水的通道，为该水库渗漏水治理提供科学依据。
3探测对象地球物理前提分析
综合分析寒葱沟水库工区附近的介质的电性情况，认为如果坝体或者库岸和坝肩的岩体内存在连通水库和出水点的渗漏通道，则由于水的作用将使的渗漏通道相对于该渗漏通道赋存的围岩之间存在较明显的电性（如电阻率或电导率等）差异，表现为低电阻率异常，这为该工区进行超高密度电法勘探工作寻找渗漏水通道提供了良好的地球物理前提。
4探测依据的标准和规范
本次对寒葱沟水库所做的超高密度电法渗漏水通道探测工作主要参照执行以下标准和规范：
1．水利水电工程物探规程SL326-2005；
2．城市勘察物探规范（CJJ7－85）。
5剖面布置及完成工作量统计
本次对双鸭山市寒葱沟水库所做的超高密度电法渗漏水通道探测工作根据现场的实际情况共布置了五条超高密度电法探测剖面，这五条超高密度电法剖面分别布置在大坝的坝顶位置（bading-1-23剖面）、大坝下游侧的坝腰位置（bayao-1-25剖面）、大坝左坝肩一侧的公路边（lubian-1-24剖面）及公路东侧（luxia-1-27剖面）、大坝左坝肩下游侧的排水斜沟位置（xiegou-1-28剖面），这五个排列布置的具体情况及相对位置关系见表1及图2所示。
表1寒葱沟水库渗漏水通道超高密度电法探测完成工作量统计表
序号
剖面名称
排列长度
（m）
电极间距
（m）
排列类型
备注
1
bading-1-23剖面
315
5
地表
大坝坝顶
2
lubian-1-24剖面
315
5
地表
大坝左坝肩一侧的公路边
3
bayao-1-25剖面
189
3
地表
大坝下游侧的坝腰
4
luxia-1-27剖面
189
3
地表
公路东侧
5
xiegou-1-28剖面
252
4
地表
大坝左坝肩下游侧的排水斜沟
合计
5
1260
－－
－－
――
图2 超高密度电法勘测剖面布置平面示意图
6超高密度电法原理及所用仪器系统简介
6.1超高密度电法勘探原理
多通道、超高密度直流电法勘探系统是源于澳大利亚折京平先生多年研究的成果（折京平先生关于此方法的文章已在美国的《Geophysics》杂志2007－3－4期上发表）。
超高密度直流电法勘探是仍然基于在人工直流电场的作用下，地表的电场分布与地下岩土介质的电阻率分布相关的基本原理，但它是创新的直流电法勘探方法，其主要特点如下：
1）、首先超高密度电法打破了常规电法勘探中数据采集方式的限制，而采用自由无限制的任何四极的组合方式来采集数据，正是基于此这种超高密度方法可采集到几十倍与常规电法数据采集方式采集不到的数据。
例如同在一个64电极的排列中，常规的数据采集方式仅可采集到一千多个数据，而用这种超高密度的方法，就可采集到六万多个数据。
如此多的数据大大提高了反演结果的准确性和可靠性。
也避免了常规数据采集方法中数据采集的片面性（有些偏重于横向分辨率，有些偏重于纵向分辨率等等）而导致在同一地点采用不同数据采集方式采集的数据所产生的反演结果不同的缺点，这是我们在世界上的首创。
2）、该方法的第二个特点是它彻底的抛弃了视电阻率的概念。
它将所测得的大量数据利用现代的反演技术直接反演成真电阻率剖面图。
此图可直接用于地下岩土分布的分析和解释。
3）、此方法的另一个特点就是它的61道通道技术。
例如使用常规高密度电法要测得6万个数据，就需要3整天，而我们的61道仪器，采集6万多个数据仅需要1个小时。
世界上的所有商用电法仪器中，道数最多的只有16道。
4）、使用此方法可很容易的完成井井和井地电法勘探。
这是我们在国内的首创。
5）、超高密度电阻率法的数据采集过程全部自动化。
程序自动将每个排列的64个电极分为奇数组32个（1、3、5、……61、63）和偶数组32个（2、4、6、……62、64）两组，然后在这两组电极中各选取一个做为供电电极A和B，在一次通电过程中同时测量其它电极相对于某一电极M的电位差（如下图所示），就可得到61个电位差（MN1、MN2、MN3……MN60、MN61）数据。
而奇数组32个电极和偶数组32个电极互相配对（即全排列）做供电电极，即做一个排列就有32×32＝1024次供断电过程，每次供电可同时采集61个电位差数据，所以总的数据量应为32×32×61＝62462个。
6）、井井透视勘测时，我们将2根带有32个电极的电缆分别放入待测的2个钻孔中，数据采集时仍然按照按照地表数据采集的方式来采集，所以总的数据量仍为62462个。
6.2超高密度电法勘探仪器简介
仪器是由澳大利亚ZZResistivityImaging研发中心最新研制成功的――FlashRES64多通道超高密度地面／井地／井井直流电法勘探系统，该产品已经在中国申请专利。
6.2.1系统组成
FlashRES64多通道超高密度地面／井地／井井直流电法勘探系统主要由以下六大部分组成：
a仪器主机箱；b便携式计算机；c电缆；d电极；e数据采集控制软件；f数据处理和反演成象系统。
6.2.2主要技术指标
A.接收部分
电极:
64个
电压通道数：
61
输入阻抗：
>107欧姆
测量精度：
<0.5%<1bit
对50HZ工频干扰压制:
>80dB
B.发射部分
三种供电电压：
30V,90V,250V
电流：
<3A
C.其他
电缆:
二根带有32个电极的多芯电缆
工作温度：
－20摄氏度--+50摄氏度
工作湿度：
95％RH
仪器电源：
12V电瓶
重量：
4.5KG
体积：
350x300x150（mm）
6.2.3超高密度直流电法勘探系统的优势
FlashRES64多通道、超高密度直流电法勘探系统的关键优势：
1.64道数据同时采集，大大提高采集的效率；
2.打破常规的采集装置，可用泛装置进行采集；
3.采集数据量巨大，具有更高的解释精度；
4.可用于地表、井-地、井-井勘探，实现了全方位勘探；
5.现场监控系统，可对采集数据的进行实时监控；
6.高精度、高性噪比（50/60噪声压制）；
7.国际领先的2.5维反演软件；
8.内置温度传感器；
9.大存储容量，几乎无存储限制；
10.自动SP校正。
6.2.4超高密度直流电法勘探系统主要应用领域
FlashRES64多通道、超高密度直流电法勘探系统的主要应用领域为：
1.利用井间和井地电法，可以桥隧等工程提供较详细的地质构造信息；
2.在铁路和公路勘查，寻找路基下的空洞和不稳定区，检测工程质量；
3.在金属矿山巷道内勘测巷道四周及巷道之间的金属矿藏的分布状况；
4.寻找地下埋藏有害物，地下空洞，采空区和墓穴等；
5.寻找地下水资源，大坝漏水区；
6.矿山帷幕注浆工程效果检测；
7.探测灰岩中的溶洞和岩溶发育状况。
本仪器在整个野外工作期间，仪器性能稳定、状态良好，确保了野外数据采集工作的质量。
6.3数据处理与资料解释
FlashRES64多通道超高密度地面／井地／井井直流电法勘探系统的数据处理是利用该套仪器专门配置的处理软件FlashRES64S.EXE进行处理，处理结果的输出为Surfer能够直接调用的.grd格式的文件，再用Surfer绘制的该剖面的真电阻率剖面图，最后利用该真电阻率剖面图结合地质及其它物探方法的资料进行综合解释工作。
7各剖面超高密度电法探测结果异常解释
7.1bading-1-23剖面解释结果
下图3为bading-1-23超高密度电法剖面进行反演后得到的真电阻率剖面分布示意图，从该图可见，在该剖面上距离该剖面起点A约45～65米范围内存在一个非常明显的低阻异常区，为了便于表述，在本报告中把该低阻异常区命名为低阻异常A（其余类似），结合地表观察分析，且考虑到该位置已经超出了水库大坝左坝肩的范围，故认为该低阻异常A反映该位置很有可能发育一个强富水的断层破碎带或者节理裂隙密集带，正是由于该强富水的断层破碎带或者节理裂隙密集带的存在使得该位置的电性表现为低电阻率异常；另在该剖面上距离该剖面起点A约170～190米范围及约270～300米范围内存在两个较小的低阻异常B和低阻异常C，其低阻中心埋深约11米，且这两个低阻异常位于大坝坝体区域，故初步分析认为这两个低阻异常区可能反映大坝坝体内局部存在不密实的渗水区域（但是我们认为这种可能性较小），当然也有可能是局部存在的假异常区，建议对其中一个异常进行进一步的钻探工作以便确认引起该异常的具体原因。
该剖面其余位置未见明显异常。
以上针对bading-1-23超高密度电法剖面真电阻率剖面图的异常区域所做的解释仅是在本次超高密度电法工作的基础上结合现场的实际情况所做的推测，其不能代替钻探工作，但是可以指导下一步的钻探工作，建议对该超高密度电法剖面所发现的异常区域进行必要的钻探验证工作。
图3bading-1-23剖面超高密度电法反演结果真电阻率剖面图
7.2lubian-1-24剖面解释结果
下图4为lubian-1-24超高密度电法剖面进行反演后得到的真电阻率剖面分布示意图，从该图可见，在该剖面上距离该剖面起点B约170～240米范围内存在一大片较明显的低阻异常区，为了便于表述，在本报告中把该低阻异常区命名为低阻异常D（其余类似），结合地表观察，且考虑到该剖面主要位于水库大坝下游的左岸坡上，该剖面所对应的位置的地层主要为上覆的第四系残坡积层及下伏的全风化及强风化的岩层，这两种岩土层都由于孔隙发育而比较易于富水及导水，故分析认为该低阻异常D反映该位置很有可能发育一片富水的上覆残坡积层及下伏的全风化及强风化的较破碎基岩层，正是由于这一片富水的上覆残坡积层及下伏的全风化及强风化的较破碎基岩层的存在使得该区域的电性表现为低电阻率异常。
该剖面其余位置未见明显异常。
以上针对lubian-1-24超高密度电法剖面真电阻率剖面图的异常区域所做的解释仅是在本次超高密度电法工作的基础上结合现场的实际情况所做的推测，其不能代替钻探工作，但是可以指导下一步的钻探工作，建议对该超高密度电法剖面所发现的异常区域进行必要的钻探验证工作。
图4lubian-1-24剖面超高密度电法反演结果真电阻率剖面图
7.3bayao-1-25剖面解释结果
下图5为bayao-1-25超高密度电法剖面进行反演后得到的真电阻率剖面分布示意图，从该图可见，在该剖面上距离该剖面起点C约0～20米范围内、约76～84米范围内及约150～180米范围内各存在一个较明显的低阻异常区，为了便于表述，在本报告中把该低阻异常区分别命名为低阻异常E、低阻异常F及低阻异常G，结合寒葱沟水库大坝的设计结构资料分析，因为寒葱沟水库大坝为粘土心墙堆石重力坝，bayao-1-25超高密度电法剖面主要位于该大坝的下游坝腰部分利用自身重力作用稳定坝体的堆石体上，该堆石体自身内部并不具备防水作用，即地下水可以在该堆石体内部自由渗流而不受水源的方向限制，故从该剖面的低阻异常无法判断水是从大坝坝体流入该堆石体还是水是从坝基渗过来进入该堆石体，还有可能是水从图3所示的bading-1-23超高密度电法剖面中的低阻异常A的断层破碎带或是节理裂隙密集区渗过坝体再顺着残坡积层渗入该堆石体内，更有可能是该堆石体内部可能在施工时候由于用料不同而造成电阻率的差异，签于这多种可能性，故本报告不对该剖面的三个低阻异常区进行具体解释，仅提出形成该低阻异常的四中可能性，建议对该剖面中的三个低阻异常进行进一步的钻探工作以便确认引起低阻异常的具体原因。
以上针对bayao-1-25超高密度电法剖面真电阻率剖面图的异常区域所做的解释仅是在本次超高密度电法工作的基础上结合现场的实际情况所做的推测，其不能代替钻探工作，但是可以指导下一步的钻探工作，建议对该超高密度电法剖面所发现的异常区域进行必要的钻探验证工作。
图5bayao-1-25剖面超高密度电法反演结果真电阻率剖面图
7.4luxia-1-27剖面解释结果
下图6为luxia-1-27超高密度电法剖面进行反演后得到的真电阻率剖面分布示意图，从该图可见，在该剖面上距离该剖面起点D约20～60米范围内及约135～175米范围内存在两个较明显的低阻异常区，为了便于表述，在本报告中把这两个低阻异常区分别命名为低阻异常H及低阻异常I，由于低阻异常H距离大坝坝脚较远，且在大坝的下游方向，可以肯定该异常与大坝渗漏水不可能有什么联系，故本报告中不对该低阻异常H进行解释。
结合地表观察，因为该剖面与lubian-1-24超高密度电法剖面基本平行，且该剖面的低阻异常I的位置正好在两个已出露的泉眼的流水方向的上游，所以可以认为从两个已出露的泉眼中流出的水应该也流经该低阻异常I的位置，即认为地下水是先渗流过低阻异常I的位置（也因此在该位置形成低阻异常区）后再从已知泉眼流出地表形成泉水，至于地下水是从何处流到低阻异常I的位置仅凭这一个剖面尚无法下定论，需要综合分析其余的超高密度电法剖面后才能最后确定。
该剖面其余位置未见明显异常。
以上针对luxia-1-27超高密度电法剖面真电阻率剖面图的异常区域所做的解释仅是在本次超高密度电法工作的基础上结合现场的实际情况所做的推测，其不能代替钻探工作，但是可以指导下一步的钻探工作，建议对该超高密度电法剖面所发现的异常区域进行必要的钻探验证工作。
图6luxia-1-27剖面超高密度电法反演结果真电阻率剖面图
7.5xiegou-1-28剖面解释结果
下图6为xiegou-1-28超高密度电法剖面进行反演后得到的真电阻率剖面分布示意图，从该图可见，在该剖面上距离该剖面起点D约20～60米范围内及约135～175米范围内存在两个较明显的低阻异常区，为了便于表述，在本报告中把这两个低阻异常区分别命名为低阻异常H及低阻异常I，由于低阻异常H距离大坝坝脚较远，且在大坝的下游方向，可以肯定该异常与大坝渗漏水不可能有什么联系，故本报告中不对该低阻异常H进行解释。
结合地表观察，因为该剖面与lubian-1-24超高密度电法剖面基本平行，且该剖面的低阻异常I的位置正好在两个已出露的泉眼的流水方向的上游，所以可以认为从两个已出露的泉眼中流出的水应该也流经该低阻异常I的位置，即认为地下水是先渗流过低阻异常I的位置（也因此在该位置形成低阻异常区）后再从已知泉眼流出地表形成泉水，至于地下水是从何处流到低阻异常I的位置仅凭这一个剖面尚无法下定论，需要综合分析其余的超高密度电法剖面后才能最后确定。
该剖面其余位置未见明显异常。
以上针对xiegou-1-28超高密度电法剖面真电阻率剖面图的异常区域所做的解释仅是在本次超高密度电法工作的基础上结合现场的实际情况所做的推测，其不能代替钻探工作，但是可以指导下一步的钻探工作，建议对该超高密度电法剖面所发现的异常区域进行必要的钻探验证工作。
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