高密度電法在九龍水庫(kù)蓄水可行性論證中的應(yīng)用

邱方勝

(河北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,天津　300250)

1　工程概況

擬建的云南省曲靖市沾益縣九龍水庫(kù)位于沾益縣西平鎮(zhèn)天生壩下村,在珠江流域源頭南盤江上,距沾益縣城東南3.0km,離曲靖市約13.0 km,是一座以農(nóng)業(yè)灌溉、人蓄飲水等為主,兼有下游防洪的小(1)型水利工程。

九龍水庫(kù)設(shè)計(jì)壩頂高程為1 930.0 m,壩頂寬6.0 m，長(zhǎng)240.0 m,最大壩高48.0 m。水庫(kù)蓄水后壩前水位抬高33.0 m左右,庫(kù)長(zhǎng)約5.2 km,庫(kù)岸長(zhǎng)13.69 km。從區(qū)域巖溶發(fā)育歷史看,為滇東地區(qū)第三巖溶期,即南盤江巖溶期。庫(kù)區(qū)處于溶隙發(fā)育帶,巖溶形態(tài)以溶蝕裂隙為主,同時(shí)也存在一定規(guī)模的溶洞。對(duì)水庫(kù)進(jìn)行蓄水可行性論證成為水庫(kù)可行性研究工作的前提。

配合地質(zhì)勘察工作,在庫(kù)區(qū)沿1 930.0 m高程進(jìn)行了高密度電法工作,用以查明庫(kù)區(qū)地質(zhì)構(gòu)造、巖溶發(fā)育程度及聯(lián)通情況。

2　高密度電法理論基礎(chǔ)

2.1　方法原理[1]

電阻率法勘探的原理是建立在欲探測(cè)的目標(biāo)體與圍巖之間具有電性差異的基礎(chǔ)之上,通過高密度電法測(cè)量系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)軟硬件,控制在同一多芯電纜上連接布置的多根電極,使其組成多個(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)、逐層探測(cè),實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)布點(diǎn)、自動(dòng)跑極、自動(dòng)供電、自動(dòng)觀測(cè)、自動(dòng)記錄、自動(dòng)計(jì)算、自動(dòng)存儲(chǔ)。通過高密度軟件解釋系統(tǒng),進(jìn)行正、反演計(jì)算,結(jié)合工程區(qū)地質(zhì)及地球物理特征,就可以對(duì)地層、巖溶溶蝕區(qū)及其它不良地質(zhì)體進(jìn)行有效的地質(zhì)解釋。

2.2　儀器設(shè)備與方法技術(shù)

本次高密度電法勘探使用重慶地質(zhì)儀器廠生產(chǎn)的DUK-2A高密度電法測(cè)量系統(tǒng),道間距5 m,120道電極,溫納裝置,供電電壓360 V。測(cè)量過程中利用動(dòng)態(tài)GPS系統(tǒng)對(duì)每根電極均進(jìn)行了高程測(cè)量,在數(shù)據(jù)處理過程中利用高程測(cè)量結(jié)果對(duì)高密度電法測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行了二維校正,以提高測(cè)試成果的可靠性。

高密度電法通過計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)，可自動(dòng)控制、測(cè)量多根電極，使其組成多個(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，兼具電剖面法和電測(cè)深的功能，數(shù)據(jù)采集密度大。通過正、反演計(jì)算，結(jié)合工程區(qū)地質(zhì)及地球物理特征，就可以直觀反映出地層、巖溶溶蝕區(qū)及其他不良地質(zhì)體的分布情況。

3　地形、地貌及地球物理特征

工程區(qū)位于滇東高原,具有高原山地與斷拗(陷)盆地相間的地貌特征。地形多為山地、丘陵及壩子組成,喀斯特地貌發(fā)育。工程區(qū)地勢(shì)大致西北高東南低,由西北向東南傾斜。區(qū)域西北部海拔1 930.0～2 060.0 m,切割深度50.0～100.0 m,最大可達(dá)150.0 m,屬中山區(qū)。

庫(kù)盆坐落在中厚層的泥盆系上統(tǒng)宰格組D3z的灰?guī)r,石炭系下統(tǒng)擺佐組C1b的白云巖、石炭系中統(tǒng)C2的骨屑灰?guī)r、石炭系上統(tǒng)C3的白云巖化灰?guī)r,二疊系下統(tǒng)梁山組P1l的頁(yè)巖、砂巖、棲霞組P1q的白云巖地層上,巖溶層組類型為均勻狀純碳酸鹽巖層組。庫(kù)區(qū)地表巖溶形態(tài)非常豐富,主要有巖溶洼地(漏斗)、落水洞、巖溶塌陷、溶洞等。

工程區(qū)覆蓋層、基巖、溶蝕發(fā)育區(qū)等有明顯的電性差異,且各層具有一定厚度或規(guī)模,具有地球物理勘探前提條件。各主要地層巖性電阻率值見表1。

表1　主要地層巖性電阻率值

4　高密度電法應(yīng)用效果分析

本次工作共計(jì)布設(shè)34條高密度電法測(cè)線,測(cè)線總長(zhǎng)度16 340 m。根據(jù)高密度電法勘察原理及工程區(qū)地質(zhì)及地球物理特征,資料解釋時(shí)遵循以下原則:

對(duì)淺層近地表的低阻區(qū)解釋為壤土層或壤土夾碎石層,為覆蓋層,厚度一般較小。覆蓋層下部的高阻值區(qū)為基巖。在高阻值區(qū)內(nèi)的局部低阻或高阻封閉區(qū)為基巖內(nèi)的封閉型溶蝕區(qū),低阻型有粘土或地下水等充填物,高阻型未充填。電阻率呈明顯分區(qū)或分層,推斷為斷層或地層巖性變化。

本次工作共推測(cè)出溶蝕性地質(zhì)異常5處、地質(zhì)斷層1處。

4.1　溶蝕性地質(zhì)異常實(shí)例

GZ1測(cè)線位于水庫(kù)左岸壩線處,表層為壤土夾碎石層,深度在4～15 m左右,其下為灰?guī)r。測(cè)線長(zhǎng)度270 m處,深度為22 m左右區(qū)域的電阻率>2 000 Ω·m,推斷為溶蝕區(qū)域。根據(jù)測(cè)線左側(cè)相距10 m的地質(zhì)鉆孔鉆探結(jié)果,深度16～22 m為溶洞,洞內(nèi)無填充物,鉆孔結(jié)果與高密度電法成果基本吻合。視電阻率斷面解釋推斷成果見圖1。

圖1　測(cè)線GZ1視電阻率斷面解釋推斷成果圖

圖2　測(cè)線GZ14視電阻率斷面解釋推斷成果圖

4.2　地質(zhì)斷層異常實(shí)例

GZ14測(cè)線位于水庫(kù)左岸,測(cè)線開始至130 m段電阻率值較高,最高電阻率值1 500 Ω·m,該段為較完整巖石;測(cè)線140 m處,電阻率明顯降低,從900 Ω·m降至250 Ω·m,推測(cè)此處為斷層。經(jīng)地質(zhì)測(cè)繪和探槽開挖,此處為小哨逆斷層Ⅰ-7,為一條逆斷層,產(chǎn)狀為走向NE20°～SW190°,傾向SE,傾角70°。斷層上盤為宰格組灰?guī)r,下盤為?？诮M砂巖,地層斷距300 m,斷層帶寬約50 m,帶內(nèi)多為灰白、灰綠、黃褐色斷層泥，開挖結(jié)果與高密度電法成果基本吻合。視電阻率斷面解釋推斷成果見圖2。

5　結(jié)論

通過采用高密度電法對(duì)云南省曲靖市沾益縣九龍水庫(kù)庫(kù)區(qū)構(gòu)造、巖溶發(fā)育程度及地質(zhì)斷層進(jìn)行地球物理勘探,其結(jié)果證明該方法在巖溶發(fā)育區(qū)新建水庫(kù)蓄水可行性論證工作中是一種有效的勘察手段,實(shí)際工作中應(yīng)對(duì)地形起伏較大的剖面進(jìn)行地形校正,以提高探測(cè)成果的精度。

參考文獻(xiàn):

[1]SL326—2005,水利水電工程物探規(guī)程[S].