豐 赟，首 琦，朱正君（四川中水成勘院工程物探檢測(cè)有限公司，四川成都610000）

高密度電法在風(fēng)電開發(fā)建設(shè)中的應(yīng)用實(shí)例分析

豐 赟，首 琦，朱正君（四川中水成勘院工程物探檢測(cè)有限公司，四川成都610000）

風(fēng)電是技術(shù)較成熟、最具工業(yè)化前景和最具成本競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的可再生能源之一。在風(fēng)電開發(fā)建設(shè)中，高密度電法作為一種基于地下介質(zhì)導(dǎo)電性差異的物探方法，可以用于解決查清覆蓋層厚度、查明地下地層結(jié)構(gòu)和查清地下不良地質(zhì)體等諸多地質(zhì)問題，其經(jīng)濟(jì)、快捷、高效的特點(diǎn)使其成為風(fēng)電地質(zhì)勘察中不可或缺的重要工具。

高密度電法；風(fēng)電；巖溶；覆蓋層

1 引言

隨著全球化石能源枯竭、供應(yīng)緊張、氣候變化形勢(shì)嚴(yán)峻，世界各國(guó)都認(rèn)識(shí)到了發(fā)展可再生能源的重要性?！笆濉睍r(shí)期既是我國(guó)能源轉(zhuǎn)型發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期，也是風(fēng)電等可再生能源產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的關(guān)鍵期。風(fēng)電是技術(shù)較成熟、最具工業(yè)化前景和最具成本競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的可再生能源之一。它不僅能替代逐步枯竭的化石能源，保障世界的能源安全，更重要的是風(fēng)電能緩解日益惡化的環(huán)境污染，促進(jìn)世界經(jīng)濟(jì)更和諧、更健康的發(fā)展，在不久的將來成本優(yōu)勢(shì)會(huì)超越傳統(tǒng)化石能源，成為即清潔又經(jīng)濟(jì)的新型能源。

高密度電法是以地下介質(zhì)導(dǎo)電性差異為基礎(chǔ)，通過觀測(cè)和研究與這些差異有關(guān)人工電場(chǎng)的分布規(guī)律，可達(dá)到查明地下地層分層、地質(zhì)構(gòu)造和尋找地下電性不均勻體（巖溶、風(fēng)化層、滑坡體、堆積體等不良地質(zhì)體）的一種地球物理勘探方法。高密度電法以其輕便、快捷、經(jīng)濟(jì)有效的優(yōu)點(diǎn)為工程物探人員所接受，被廣泛應(yīng)用于工程地質(zhì)勘察工作中。

風(fēng)電開發(fā)建設(shè)中，風(fēng)電機(jī)組及升壓站的選址是地質(zhì)勘察中關(guān)鍵環(huán)節(jié)，主要的地質(zhì)問題包括查明選址區(qū)域內(nèi)地層的物質(zhì)組成、層次結(jié)構(gòu)和分布規(guī)律，查明巖溶分布、發(fā)育情況，以及查明巖土體的電性參數(shù)等問題，而這些地質(zhì)問題都與物質(zhì)間的電性差異相關(guān)，往往都能通過高密度電法加以解決。本文通過工程實(shí)例分析來介紹高密度電法在風(fēng)電開發(fā)建設(shè)中的應(yīng)用，論證其“使用一種方法，解決多種問題”的特點(diǎn)，展現(xiàn)其經(jīng)濟(jì)、方便、快捷的優(yōu)勢(shì)。

2 高密度電法

2.1 方法原理

高密度電法實(shí)際上是多種排列的常規(guī)電阻率法與資料自動(dòng)反演處理相結(jié)合的綜合方法，基本原理與常規(guī)電阻率法相同。它的基本工作方法是通過高密度電法測(cè)量系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)軟硬件，控制著在同一條多芯電纜上布置連結(jié)的大量電極，使其自動(dòng)組成多個(gè)垂向測(cè)深點(diǎn)或多個(gè)不同探測(cè)深度的探測(cè)剖面，根據(jù)控制系統(tǒng)中選擇的探測(cè)裝置類型，對(duì)電極進(jìn)行相應(yīng)的排列組合，按照測(cè)深點(diǎn)位置的排列順序或探測(cè)剖面的深度順序，逐點(diǎn)或逐層探測(cè)，電阻率數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、記錄。將記錄數(shù)據(jù)送入計(jì)算后，還可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行常規(guī)處理和反演計(jì)算，給出關(guān)于地電斷面分布的的各種圖示結(jié)果，便可快速及時(shí)地完成地質(zhì)勘探任務(wù)。

2.2 方法技術(shù)

高密度電法有多種電極排列方式，如AMNB溫納四極排列、ABMN偶極排列、ρSAB聯(lián)合三極排列、微分排列等裝置。在風(fēng)電地質(zhì)勘察中，往往綜合采用溫納AMNB和偶極ABMN兩種裝置，溫納裝置測(cè)試數(shù)據(jù)穩(wěn)定性好，對(duì)縱向電性變化反映較為明顯，反演深度準(zhǔn)確；偶極裝置測(cè)試數(shù)據(jù)穩(wěn)定性好，對(duì)橫向電性變化反映較為明顯，對(duì)巖溶地區(qū)的解釋較為準(zhǔn)確。

2.3 資料處理

高密度電法數(shù)據(jù)處理所測(cè)得的電阻率，經(jīng)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)預(yù)處理、地形校正、正演和反演計(jì)算，最后得到視電阻成像色譜圖并對(duì)其進(jìn)行地質(zhì)解釋。其主要流程包括：①把格式轉(zhuǎn)換好的電阻率，經(jīng)數(shù)據(jù)預(yù)處理消除壞點(diǎn)。②根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)和與其它資料對(duì)比分析，選擇正演、反演計(jì)算參數(shù)。③把經(jīng)預(yù)處理后的數(shù)據(jù)經(jīng)地形靜校正。④采用最小二乘法進(jìn)行正演計(jì)算。⑤反演采用最佳擬合法，給定一個(gè)初始地電斷面，在初始斷面上計(jì)算電阻率的理論曲線，將理論曲線與實(shí)測(cè)曲線作對(duì)比 （擬合），通過修改參數(shù)獲得最佳擬合效果。電阻率剖面色譜圖形象、直觀地反映各測(cè)試剖面的地電斷面電性展布趨勢(shì)。通過定性分析可確定地下巖土體的電阻率分布，達(dá)到定量推斷地電斷面，最終確定覆蓋層厚度及下伏完整基巖起伏形態(tài)。

3 實(shí)例分析

風(fēng)電機(jī)組沿山脊布置，山脊寬約50～300m，地形坡度5～ 12°，局部地段地形起伏較大，分布高程3000～3600m，風(fēng)機(jī)位位于坡頂一帶，多基巖裸露，測(cè)區(qū)覆蓋層主要為耕植土、坡殘積粉質(zhì)粘土，基巖主要為白云巖、灰?guī)r和粉砂巖。

3.1 查清覆蓋層厚度

2#風(fēng)機(jī)位布置1條高密度電法剖面，電極間距為3m，剖面長(zhǎng)度180m，風(fēng)機(jī)位位于剖面樁號(hào)90m處，地表高程在3027～3042m之間，高密度電法溫納裝置反演色譜圖見圖1。

圖1 2#風(fēng)機(jī)位溫納裝置反演色譜圖

通過對(duì)2#風(fēng)機(jī)位的反演色譜圖分析可知，測(cè)區(qū)地下30m深度范圍內(nèi)地層大致分為兩層，表面覆蓋層較厚，其厚度介于4～13m之間，風(fēng)機(jī)位處覆蓋層厚度大于3m，下伏基巖為白云巖，其電阻率值介于3000～18000Ω·m之間。

3.2 查清巖性分界面

63#風(fēng)機(jī)位布置1條高密度電法剖面，電極間距為3m，剖面長(zhǎng)度180m，風(fēng)機(jī)位位于剖面樁號(hào)87m處，地表高程在3311～3321m之間，高密度電法溫納裝置反演色譜圖見圖2。

圖2 63#風(fēng)機(jī)位溫納裝置反演色譜圖

通過對(duì)63#風(fēng)機(jī)位的反演色譜圖分析可知，測(cè)區(qū)地下30m深度范圍內(nèi)地層大致分為兩部分，樁號(hào)0～102m段表層覆蓋層較薄，下覆基巖為灰?guī)r，其電阻率值介于 3000～ 18000Ω·m之間；樁號(hào)102～180m段表層覆蓋層淺薄，約為1～ 3m，下覆基巖為粉砂巖，其電阻率值介于40～300Ω·m之間。在樁號(hào)102m附近有一個(gè)很明顯的巖性分界面。

3.3 查找溶蝕區(qū)

67#風(fēng)機(jī)位布置1條高密度電法剖面，電極間距為3m，剖面長(zhǎng)度180m，風(fēng)機(jī)位位于剖面樁號(hào)90m處，地表高程在3240～3247m之間，高密度電法溫納裝置反演色譜圖見圖3，偶極裝置反演色譜圖見圖4。

圖3 67#風(fēng)機(jī)位溫納裝置反演色譜圖

圖4 67#風(fēng)機(jī)位溫納裝置反演色譜圖

通過對(duì)67#風(fēng)機(jī)位的反演色譜圖分析可知，測(cè)區(qū)地下30m深度范圍內(nèi)地層大致分為兩層，表層覆蓋層較薄，其厚度介于0～2m之間，基巖為灰?guī)r，其電阻率值介于 1000～ 12000Ω·m之間。在剖面樁號(hào)81～99m段下方3～10m范圍內(nèi)電阻率呈現(xiàn)低電阻暈團(tuán)及條帶狀分布，電阻率值介于40～ 300Ω·m之間，推測(cè)為溶蝕區(qū)。

4 結(jié)論

（1）本次高密度電法探測(cè)，進(jìn)一步證明高密度電法作為一種常規(guī)物探方法，在查明覆蓋層厚度，查清地層層次結(jié)構(gòu)，查明溶蝕情況等方面有著較好的應(yīng)用效果。

（2）在使用高密度電法查找溶蝕區(qū)時(shí)，應(yīng)采用多種裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，綜合分析，以保證對(duì)溶蝕區(qū)的精確解釋。

（3）高密度電法作為一種高效、經(jīng)濟(jì)、快捷的物探方法，可以解決風(fēng)電地質(zhì)勘察過程中的諸多問題，在風(fēng)電開發(fā)建設(shè)中大有可為。

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P641.7

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2095-2066（2016）33-0072-02

2016-11-12

豐 赟（1978-），男，工程師，碩士研究生，研究方向?yàn)榈卣鸩〝?shù)值模擬、工程地球物理。