在喀斯特地区修建水利工程，存在着许多复杂的工程地质问题，如水库渗漏、坝基稳定和渗漏、地下洞室涌水和围岩稳定等，直接影响水利工程的安全和效益，因此，查明岩溶发育的规律，研究其对工程产生的影响，提出合理的工程处理措施，是在碳酸盐岩层地区修建水利工程的前提条件。

近年地球物理勘探在岩溶水文地质勘察研究中得到广泛应用，主要方法有地震法、声波法、电磁法、电法、地质雷达等，用于确定岩溶含水层的地下水位与流向、岩溶发育情况、岩溶规模和延伸方向等。本文应用高密度电法对某水库坝址岩进行勘察，有效的探测出了坝址区岩溶发育情况，为水库扩建方案的可行性提供资料支撑。

1 高密度电法原理

高密度电法原理上属于电阻率法的范畴，是一种阵列布置的物探方法，也称自动电阻率系统，是直流电法的发展，其功能相当于四极电测深与电剖面法的结合。该方法观测点密度高，获得信息量丰富，可以较详细地探测水平和垂直方向上的电性变化。

探测时通过电极向地下供电形成人工电场，通过对地表不同部位人工电场的扫描测量，得到视电阻率断面图像，由此来了解地下介质视电阻率ρs的分布，根据地下介质视电阻率的分布推断解释地下地质体的情况。

2 工程应用实例

水沟河水库始建于1965年，1966年竣工投入运行，坝高18m，总库容55万m³（规模为小（二）型）。水库主要以农田灌溉为主，兼顾防洪。由于水库存在病险情况，由当地政府组织2010年对大坝进行了除险加固处理，根据现场调查，现状水库运行正常，外坝坡及左右坝肩位置均未见渗漏或绕坝渗漏的情况，各建筑物运行良好。

根据地方经济建设需要，水沟河水库已不能满足下游受水区需水要求，水库急需增加库容，提高水库的屯蓄能力。初步的扩容方案是把现有的水库坝体加高，将目前2072m的蓄水高程提高至2085m，库容由现状66万m³扩至120万m³。

2.1 库区地质概况

坝址位于河道近SW流向，谷底宽25～30m，局部30～50m，河床比降10%～12%。库区地表分山岭高程一般在2230m～2450m左右，最高点为工程区西侧鹰窝岩山顶，高程2471.0m，河谷最低高程2090.0m，库区相对高差140m～360m，属低中山地貌。库区大部分为基本对称的“V”字型河谷，两岸地形坡度多为30°～45°的陡坡，局部为陡崖，崖高一般不超过10m，河谷宽度多在10～25m。

库区内出露地层主要为石炭系上统卧牛寺组(C₃W)：深灰～褐红色凝灰岩，灰褐色玄武岩。二迭系下统(P₁)：灰黄色生物碎屑灰岩，黄灰色泥灰岩夹灰岩。三叠系中统河湾街组（T₂h）：白云质灰岩及白云岩。

图1-2 水沟河水库坝址库区地层分布简图

库区地下水受大气降水补给，地下水以风化裂隙水为主，岩溶水、孔隙水次之。在碎屑岩分布区，地下水以风化裂隙水为主，地下水大部分地区与地表水分水岭基本一致。地下水自高处向低处运移至相对隔水层后，并于沟谷或低洼处呈小泉或散浸等形式由溢出地表，沿沟谷径流于水库汇集。在碳酸盐岩分布区，地下水以岩溶水为主。地下水总体向南运移，于低凹处呈泉水出露。

2.2 工作布置

本次物探高密度电法在水沟河库区共布置了7条剖面，分别为1～7线。工作布置详见图3。

图3 水沟河水库高密度测线示意图

2.3 物性参数选取

根据电阻率等值线的形态、数值、结合地质资料，划分电阻率异常区域，再选取有代表性的电阻率异常区域，结合实地地质资料划分各个地质体的范围，定性定量的做出解释。

根据工区主要介质的电阻率参数，结合电阻率异常特征分析，工区主要出现的地质体电阻率形态，数值大小特征如下：

（1）坝体：主体为粘土、回填土、粉土组成，表现为低电阻异常，电阻率等值线较均匀，数值大小在20～250Ω.m之间。

（2）玄武岩(强风化)：表现为低电阻异常，电阻率等值线较均匀，规模大数值低，电阻率数值大小一般小于200Ω.m。

（3）灰岩：表现高阻异常，规模大，电阻率数值变化范围大，完整程度高的灰岩，电阻率较大，数值大小一般大于1000Ω.m，最高可达6000Ω.m以上，风化破碎程度高的灰岩，数值大小一般在400～1000Ω.m之间。

（4）岩溶：为电阻率低阻突变异常，在高阻区中或与高阻相邻，电阻率等值线呈封闭或半封闭、陡倾条带状等，数值大小在50～400Ω.m之间。

2.4 定性及半定量推断解释

（1）1线

图4 1线温纳装置测深推断剖面图

图5 1线三极装置测深推断剖面图

1线剖面温纳装置长256m，三极装置长136m，剖面方位角338°，由坝体正上方通过。剖面桩号0～90m段上部为一均匀低阻区，应为坝体粘土、回填土引起；下部由ZK104揭露为强风化灰岩，电阻率偏低，在200～400Ω.m左右，向下有变高的趋势。桩号90～256m段为大范围高阻区，应为灰岩、白云岩引起，其中100～120m段之间有一处封闭状低阻突变异常，长宽为12×4m，电阻率在200～400Ω.m之间，推断为一处溶蚀破碎引起，顶板埋深约3～5m。

（2）2线

图6 2线温纳装置测深推断剖面图

图7 2线三极测深推断剖面图

2线剖面温纳装置长241m，三极装置长117m，剖面方位角338°，从坝体上穿过与1线基本平行，位置略低。剖面桩号0～25m段近地表为高阻区，电阻率3000～6000Ω.m之间，下部为陡倾条带状低阻突变异常，电阻率50～600Ω.m，下部由ZK101揭露为强～中风化灰岩，当中有明显的岩溶发育现象，推断近地表为较完整的灰岩，下部为溶蚀破碎带引起，低阻异常呈半封闭状，向山体内斜插，长宽为40×20m。桩号25～85m段上部为一均匀低阻区，应为坝体粘土、回填土反映；下部由ZK102揭露为强风化灰岩，电阻率相对较高，在300～1200Ω.m之间，向下有变大的趋势。桩号85～241m段为大范围高阻区，应为灰岩、白云岩引起，其中100～110m之间，有一处半封闭－封闭状低阻突变异常，长宽为15×10m，推断为一处溶蚀破碎引起，顶板埋深约25～30m。桩号140～230m段近地表为低阻区，电阻率在50～400Ω.m之间，地表可见明显溶沟、碎石，推断应为近地表的粘土、碎石土引起。值得注意的是在140～160m地段下部埋深约20～25m处出现一团状低阻区，电阻率在400～1000Ω.m之间，推断为岩溶发育引起。

（3）3线

图8 3线温纳装置测深推断剖面图

3线剖面长385m，剖面方位角35°，位于水库西侧。剖面桩号0～230m地段为大模规高阻区，电阻率一般1000～6000Ω.m之间，应为灰岩、白云岩引起，其中30～35m之间近地表地段有一处封闭状低阻突变异常，长宽为10×8m，推断为一处溶蚀裂隙，顶板埋深约1～2m。75～85m之间段有一处封闭状低阻突变异常，长宽为12×7m，推断为一处溶蚀裂隙，顶板埋深约8～10m。桩号80～135m地段下部埋深约18～20m处出现半封闭状低阻区，电阻率在300～800Ω.m之间，推断为岩溶发育引起。桩号230～385m段为大模规低阻区，电阻率等值线较均匀，数值大小在20～250Ω.m之间。地表多处出露玄武岩，推断为玄武岩地层引起。

（4）4线

图9 4线温纳装置测深推断剖面图

4线剖面长264m，剖面方位角25°，位于水库南东角山丫口处。剖面桩号0～150m段电阻率相对较高，一般为200～1000Ω.m左右，推断为灰岩、白云岩引起，电阻率数值变化较大，桩号20～25m段较高，故认为灰岩、白云岩相对较完整，桩号25～150m段相对偏低，可能是灰岩、白云岩的风化破碎程度高的缘故，下部电阻率有变低的趋势，推断部可能存在岩溶发育。上部桩号80～150m之间段近地表有连续两处“碗状”低阻异常区，“碗底”深度约12～15m，地表浮土较厚，未见基岩出露，推断该低阻异常为粘土引起。桩号150～264m地段为大模规低阻区，电阻率等值线较均匀，数值大小在20～250Ω.m之间，地表可见玄武岩出露，推断为玄武岩地层引起。

（5）5线

5线剖面长255m，剖面方位角320°，位于水库南东角一带。5线剖面全线为低阻区，电阻率等值线较均匀，数值大小在20～250Ω.m之间，地表多处可见玄武岩出露，推断为玄武岩地层引起。

图10 5线温纳装置测深推断剖面图

（6）6线

图11 6线温纳装置测深推断剖面图

6线剖面长529m，剖面方位角大致为305°，沿水库南岸布设。剖面桩号0～40m段浅部至较深均为低阻区，电阻率等值线较均匀，数值大小在20～150Ω.m之间，结合4线成果，推断为玄武岩地层引起。剖面桩号40～115m段近地表为低阻区，电阻率等值线较均匀，数值大小在40～250Ω.m左右，推断为地表粘土层引起；下部电阻率一般为200～1000Ω.m之间，推断为灰岩、白云岩引起，其中90～110m段深部出现低阻突变异常，推断为岩溶发育引起。桩号115～480m段上部为大模规高阻区，下部为大规模低阻区。上部电阻率多在800～6000Ω.m之间，应为灰岩、白云岩引起。下部电阻率普遍小于200Ω.m，低阻异常形态、数值接近于玄武岩的特征，推断该地段下部应为玄武岩地层。其中145～160m段近地表有一处半封闭状低阻异常，长宽为20×8m，推断为一处溶蚀破碎引起，向下延伸0～15m。另外值得注意的是，桩号225～320m地段中间段推断的玄武岩与灰岩界线的上方低阻异常明显，几乎出露地表，电阻率多在200～600Ω.m之间。结合该地段地形、地貌特征，推断该异常可能为灰岩滑坡体引起。桩号480～529m段为一均匀低阻区，电阻率为20～250Ω.m之间，应为坝体粘土、回填土引起。

（7）7线

7线剖面总长248m，三极装置有效观测长度126m，剖面方位角约118°，与6线基本平行，高程略高。7线剖面上部为大模规高阻区，下部为大规模低阻区，与6线相似，异常体位置对应良好。上部电阻率多在800～6000Ω.m之间，应为灰岩、白云岩引起。下部电阻率普遍小于200Ω.m，低阻异常形态、数值接近于玄武岩的特征，推断该地段下部应为玄武岩地层。其中桩号0～10m段下方为低阻区，紧邻钻孔ZK101中揭露的岩溶发育段，电阻率向下有变低的趋势，推断该位置岩溶发育的可能性大。

图12 7线三极装置测深推断剖面图

3 结论

（1）通过本次高密度电法工作，查找出库区地段灰岩、白云岩与玄武岩的大致分布情况。在水沟河水库区，玄武岩主要分布于库区的北东面，灰岩、白云岩主要分布于坝基地段和库区南西岸地段。整个库区的蓄水区域大部分位于玄武岩地层中。

（2）推测了3个岩溶发育区，分别为①、②和④号岩溶区。①、②号岩溶区位于坝基两端；④号岩溶区位于南东角地表出露漏洞地段附近。

（3）在6线中间地段（库区南岸），推测了一个可能由滑坡体引起的异常，③号异常区。异常属不良地质体。

（4）推断6线北西段(靠近坝体端)下部低阻异常为玄武岩地层引起，玄武岩为隔水层，这对水库蓄水是有利的。

（5）物探测量结果显示场址区没有明显的断层迹象。推断场址区内大规模构造不发育。

结语：高密度电法在本工程取得了较好的地质效果，经钻探证实后，可作为建库防渗的依据。