低渗透裂隙岩体水力参数的电阻率成像法研究

低渗透裂隙岩体水力参数（指渗透率和渗透系数）的测定方法研究长期以来一直是国内外高放废物地质处置工作中的重要内容，但却由于裂隙岩体的极端非均质性和各向异性，对这两个参数测定方法的研究多年来一直进展缓慢，所得结果难以满足处置库安全性评价的要求。为此本申请提出与室内外水力试验同步进行电阻率成像法监测以获取三维、多尺度和不同方向条件下水力参数的构想。研究内容为：（1）岩石和裂隙岩体中水体流动过程的电响应特征；（2）针对室内岩样、现场地表和钻孔孔内的三维电阻率成像方法与裂隙网络提取技术；（3）电阻率成像法对裂隙网络及渗流过程探测的灵敏度与检出下限；（4）基于成像监测资料的岩石渗透率和岩体渗透系数张量的测定与评价方法。这一多尺度的耦合试验研究为充分利用传统的水力试验获得更丰富的水力参数资料创造了条件，在水力参数分布规律、水动力和溶质传输模拟、处置库安全性评价等研究领域都具有重要的科学意义和应用价值。

针对低渗透裂隙岩体内部结构识别和渗透率参数测定的困难，通过独立的测定设备研发和理论分析，本项目完善了针对室内岩芯、岩块和野外原位的高密度电阻率测定与成像方法，实现了对北山低渗透花岗岩岩芯、岩块以及在F9断裂带上的高密度电阻率监测和成像分析。基本上实现了以钻孔为对象的高密度电阻率成像。证明了无论是电阻率参数、自然电位参数还是电容参数，它们都对岩石和裂隙岩体中的水体流动过程响应敏感，可用于获取水体流动速度、岩石渗透率、弥散度、空隙度等参数，建立起关于介质的实际参数场。成功设计和制作了可同时进行高密度电阻率成像动态监测的专用Hassler装置，并为该装置研发了配套的气相压力脉冲试验装置和水相恒压试验装置，所研发的装置能够完成相关的试验测定，获得了岩石的渗透率参数。针对断裂带研究的困难性，提出了顺断裂带高密度电阻率成像法测定的新方法，并在北山大型裂隙上得到了成功实施。在通过地面了解断裂带的内部结构、获得断裂带不同区域的导水特性等方面具有重要的意义。