深厚覆蓋層的探查

劉恒祥 郝忠友

(中水東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，長(zhǎng)春市 130062)

深厚覆蓋層的探查

劉恒祥 郝忠友

(中水東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，長(zhǎng)春市 130062)

深厚覆蓋層探測(cè)是水利水電工程中一項(xiàng)重要的內(nèi)容，電測(cè)深、地震勘探（折射法、反射法）是探測(cè)覆蓋層最有效的方法，但受覆蓋深度和地形的影響較大，由于電測(cè)深的多解性及近年來(lái)地震使用的炸藥震源越來(lái)越難于解決，地震和常規(guī)的電法在解決深厚覆蓋層中逐漸退出工程物探的使用，EH-4大地電磁儀是從美國(guó)引進(jìn)的大地電磁測(cè)量系統(tǒng)，主要解決40m至700m范圍內(nèi)的地質(zhì)勘探題，尤其是解決深部構(gòu)造效果較好，避免了受地形的限制，生產(chǎn)實(shí)踐表明應(yīng)用EH-4大地電磁測(cè)深反演電阻剖面是解決深厚覆蓋層的有效勘探方法。

覆蓋層；勘探；大地電磁測(cè)量；西藏旁多

1 引言

覆蓋層是指經(jīng)過(guò)各種地質(zhì)作用而堆積在基巖上的松散堆積物，通常經(jīng)過(guò)多次沉積而成，其物理性質(zhì)與沉積成分、厚度、含水程度等有關(guān)，工程物探探測(cè)覆蓋層主要是利用覆蓋層介質(zhì)與基巖的彈性波差異、電性差異、電磁性差異，對(duì)于覆蓋層較薄，應(yīng)用地震波折射法、淺層反射法、電測(cè)法和剖面法、高密度剖面法探測(cè)覆蓋層的厚度、劃分基巖的構(gòu)造均有較好的效果，但有以下缺點(diǎn)。

受地形、地物的形影較大，勘探深度淺，工作量大工作效率較低，因此遇較厚的覆蓋或有一定規(guī)模的低阻覆蓋時(shí)，上述方法就難于取得理想的勘探效果， EH-4測(cè)量系統(tǒng)是利用大地電磁測(cè)量的原理，西藏旁多水電站工程中應(yīng)用 EH-4系統(tǒng)采用的就是音頻大地電磁法（AMT）。其工作原理是基于麥克斯韋方程組完整統(tǒng)一的電磁場(chǎng)理論基礎(chǔ)。利用天然場(chǎng)源，在探測(cè)目標(biāo)體的地表同時(shí)測(cè)量相互正交的電場(chǎng)分量和磁場(chǎng)分量，然后用卡尼亞電阻率計(jì)算公式得出視電阻率。

根據(jù)大地電磁場(chǎng)理論可知，電磁波在大地介質(zhì)中穿透深度與其頻率成反比，當(dāng)?shù)叵码娦越Y(jié)構(gòu)一定時(shí)，電磁波頻率越低穿透深度越大，能反映出深部的地電特征；電磁波頻率越高，穿透深度越小，則能反映淺部地電特征。利用不同的頻率，可得到不同深度上的地電信息，以達(dá)到頻率測(cè)深的目的,旁多工程深厚覆蓋層及深部構(gòu)造的勘探取得了良好的效果。

2 旁多水電站工程概況和物性特征

2.1 旁多水電站工程概況

旁多水利樞紐工程地處拉薩河流域中游，壩址位于西藏自治區(qū)林周縣旁多鄉(xiāng)下游1.5km，距拉薩市直線(xiàn)距離63km，扼拉薩河干流─熱振藏布和烏魯龍曲、扒曲兩條支流的匯合口，壩址控制流域面積16370km2，年徑流量62.48×108m3。

旁多水利樞紐工程的開(kāi)發(fā)任務(wù)以灌溉、發(fā)電為主，兼顧防洪和供水。

旁多水利樞紐正常蓄水位 4095m，水庫(kù)總庫(kù)容(12.3×108)m3，電站裝機(jī)容量 160MW，電站年發(fā)電量為5.38億kW·h，設(shè)計(jì)灌溉面積67萬(wàn)畝。灌溉面積(67×104)畝，工程規(guī)模為大（1）型Ⅰ等工程。

2.2 壩址區(qū)地形地貌、工程地質(zhì)概況及物性特征

2.2.1 壩址區(qū)地形地貌

壩址區(qū)屬高山地形，谷底高程4027～4034m，兩岸山頂高程5300m左右，比高1270m左右。右岸高程4060m以下坡角較陡，為50o左右，高程4060m以上坡角變緩，為 30o左右。右岸山坡大部分基巖裸露，局部為混合土碎（塊）石覆蓋；左岸高程4240m以下為混合土碎（塊）石覆蓋，坡角較緩，為 15o左右，高程4240m以上基巖裸露，坡度大于45o。

壩址區(qū)河流流向?yàn)镾E向，河谷底寬約700m，河水面寬100～110m，水深1～3m。正常蓄水位4095m時(shí)，谷寬1020m，河谷呈不對(duì)稱(chēng)“U”字型。河床靠近右岸，右岸漫灘、階地發(fā)育不完整。左岸漫灘發(fā)育，寬約550m，三級(jí)階地明顯，階地前緣高出河水面分別為7m、14m和38m。

2.2.2 壩址區(qū)地質(zhì)概況

壩址區(qū)出露的地層主要為白堊系上統(tǒng)林子宗火山巖組、燕山晚期侵入巖及第四系松散堆積層。由新至老敘述如下。

（2）花崗巖（35γ）：灰白色，中粗粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。巖質(zhì)堅(jiān)硬，抗風(fēng)化能力強(qiáng)。與閃長(zhǎng)玢巖呈斷層和裂隙接觸，與溶解凝灰?guī)r呈熔融接觸或裂隙接觸。分布于河床、左岸漫灘和階地底部及右岸泄洪洞進(jìn)口山體處。

2.2.3 壩址區(qū)物性特征

通過(guò)以往資料分析和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，壩址區(qū)地層從新到老電阻率具有逐漸增大的特征，白堊系上統(tǒng)火山巖組、燕山晚期侵入巖地層電阻率為高阻層，其值在800～3000Ω·m；第四系松散堆積層電阻率較低，在25～800Ω·m。由此可看出，測(cè)區(qū)內(nèi)巖性在垂向上存在明顯的電阻率差異，從而為 EH4大地電磁法探測(cè)基巖埋深提供了良好的地球物理前提。

3 EH-4大地電磁法在解決壩址區(qū)覆蓋層及構(gòu)造的應(yīng)用

3.1 測(cè)線(xiàn)的布置

在壩軸線(xiàn)兩側(cè)各50m分別布置1條測(cè)線(xiàn)，壩前測(cè)線(xiàn)BQ，壩后測(cè)線(xiàn)BH長(zhǎng)850m。詳見(jiàn)圖1旁多水利樞紐工程壩基補(bǔ)充勘察大地電磁法工作布置圖。

3.2 工件方法

采用 “十字型布極”方式進(jìn)行張量測(cè)量（詳見(jiàn)圖 2測(cè)量裝置示意圖）。探測(cè)時(shí)兩對(duì)電極及兩根磁探頭，以測(cè)點(diǎn)為中心對(duì)稱(chēng)布設(shè)，其中 Ex、Hy與測(cè)線(xiàn)方向一致（即壩軸線(xiàn)在地表的投影線(xiàn)），Ey、Hx與測(cè)線(xiàn)方向垂直。

電場(chǎng)采用帶有電傳感器的不銹鋼電極接收；磁場(chǎng)采用BF-6高靈敏度磁探頭進(jìn)行接收；使用EH-4連續(xù)電導(dǎo)率儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，點(diǎn)距25m。低、中、高頻段采用5～15次疊加。

3.3 測(cè)量成果的分析

3.3.1 BQ測(cè)線(xiàn)、BH測(cè)線(xiàn)物性解釋及地質(zhì)推斷解釋

BQ測(cè)線(xiàn)、BH測(cè)線(xiàn)分別位于壩軸線(xiàn)的兩側(cè)，測(cè)線(xiàn)平行壩軸線(xiàn)布置，測(cè)線(xiàn)方向2400，測(cè)線(xiàn)長(zhǎng)度均為850m，測(cè)線(xiàn)上地形整體呈東北高西南低的形態(tài)，地形較緩，測(cè)線(xiàn)西南端有河水流過(guò)。

從反演電阻率斷面圖中可以看出，BQ線(xiàn)和 BH線(xiàn)形態(tài)基本一致，電性特征橫向分層明顯，覆蓋層表現(xiàn)為低阻特征，基巖表現(xiàn)為高阻特征。

BQ測(cè)線(xiàn)反演電阻率斷面圖（見(jiàn)圖 3），電性特征分層明顯，覆蓋層反演電阻率一般在 25～800Ω·m，推斷解釋為第四系崩坡積土、洪積土夾沖擊漂流卵石的綜合反映，其中低阻推測(cè)為富含水的堆積土或洪積土，總體表現(xiàn)為中間深，兩端淺；深部表現(xiàn)為中高阻電性特征，反演電阻率一般高于800Ω·m，根據(jù)區(qū)域地質(zhì)及實(shí)際鉆探巖芯情況，推斷解釋為花崗巖（35γ）的反映。

BH測(cè)線(xiàn)反演電阻率斷面圖（見(jiàn)圖 4），電性特征分層明顯，覆蓋層反演電阻率一般在 25～800Ω·m，推斷解釋為第四系崩坡積土、洪積土夾沖積漂流卵石的綜合反映，其中低阻推測(cè)為富含水的堆積土或洪積土，總體表現(xiàn)為中間深，兩端淺；深部表現(xiàn)為中高阻電性特征，反演電阻率一般高于800Ω·m，根據(jù)區(qū)域地質(zhì)及實(shí)際鉆探巖芯情況，推斷解釋為花崗巖的反映。

3.3.2 壩軸線(xiàn)附近地質(zhì)推斷解釋

由于壩軸線(xiàn)附近施工干擾嚴(yán)重，無(wú)法進(jìn)行測(cè)量。又因BQ測(cè)線(xiàn)、BH測(cè)線(xiàn)平行壩軸線(xiàn)分布。因此，利用兩測(cè)線(xiàn)的探測(cè)結(jié)果，推斷壩軸線(xiàn)附近基巖埋深情況。

將 BQ、BH測(cè)線(xiàn)首尾測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)，垂直投影到壩軸線(xiàn)上，對(duì)應(yīng)壩軸線(xiàn)樁號(hào)為350～1175m，結(jié)合BQ、BH測(cè)線(xiàn)物探資料與壩軸線(xiàn)鉆探資料綜合推斷壩軸線(xiàn)上基巖埋深如圖5中虛線(xiàn)所示。中間基巖埋深較大，兩端基巖埋深較淺，表現(xiàn)為小樁號(hào)端基巖項(xiàng)板埋深變化較緩，大樁號(hào)端基巖項(xiàng)板埋深變化較陡，壩軸線(xiàn)樁號(hào)780～840m之間基巖面高程為3610m，基巖埋深最大達(dá)420m，為壩軸線(xiàn)覆蓋層最厚段，兩端逐步變薄。根據(jù)區(qū)域資料推斷，壩軸線(xiàn)基底為花崗巖地表覆蓋層為第四系崩坡積土、洪積土夾沖積漂流卵石。

詳見(jiàn)圖5旁多水利樞紐工程壩基勘察壩軸線(xiàn)覆蓋層物探地質(zhì)推斷解釋圖。

4 EH-4應(yīng)用的結(jié)論

4.1 壩址區(qū)覆蓋層結(jié)論

通過(guò)對(duì)布設(shè)在壩軸線(xiàn)兩側(cè)電磁法剖面的反演解釋?zhuān)茢嗔伺远嗨麡屑~壩軸線(xiàn)附近基巖埋深情況，并得出以下結(jié)論。

（1）壩軸線(xiàn)附近覆蓋層電阻率一般小于800Ω·m，厚度一般為60～450m，巖性推斷解釋為第四系崩坡積土、洪積土夾沖積漂流卵石。

（2）壩軸線(xiàn)附近基巖電阻率一般大于800Ω·m，基巖埋深60～450m，巖性推斷解釋為花崗巖。

（3）通過(guò)對(duì)BQ、BH測(cè)線(xiàn)反演解釋?zhuān)茢鄩屋S線(xiàn)覆蓋層厚度為 60～420m。小樁號(hào)端基巖變化較緩，大樁號(hào)端基巖變化較陡，壩軸線(xiàn)樁號(hào)780～840m之間基巖面高程為3610m，基巖埋深最大達(dá)420m，為壩軸線(xiàn)覆蓋層最厚段，兩端逐步變薄，呈中間深，兩端淺的形態(tài)。

4.2 壩址區(qū)構(gòu)造結(jié)論

對(duì)過(guò)兩條剖面的對(duì)比解釋?zhuān)趬沃穮^(qū)順河方向無(wú)大的構(gòu)造通過(guò)，只深切的古河床發(fā)育，基巖埋深最大達(dá)420m。

5 建議及經(jīng)驗(yàn)

（1）通過(guò)已知鉆孔 bzk04對(duì)比測(cè)量，反演深度與鉆孔揭露深度基本一致，建議對(duì)探測(cè)結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證，bzk03鉆至314.5m未到基巖。驗(yàn)證了解釋的準(zhǔn)確性。對(duì)前期常規(guī)物探方法探查的結(jié)果由于深切槽的影響造成的誤差。對(duì)壩址區(qū)地質(zhì)情況的認(rèn)識(shí)程度有了很大的提高。

（2）對(duì)于像西藏這樣地質(zhì)條件復(fù)雜的地區(qū)，除了正常物探方法外，要適量布置大地電磁等非常規(guī)的物探手段，以提高物探勘探的精度。

[1] 旁多水利樞紐工程技施設(shè)計(jì)階段壩基補(bǔ)充勘察物探成果報(bào)告.中水東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司

[2] 水利水電工程物探規(guī)程SL326-2005

《水利水電工程建設(shè)征地移民設(shè)計(jì)規(guī)范》宣貫培訓(xùn)班在海口舉辦

2013年11月27～29日,水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)總院在?？谑信e辦了《水利水電工程建設(shè)征地移民設(shè)計(jì)規(guī)范》宣貫培訓(xùn)班，參加培訓(xùn)的有各流域委、重慶、湖北、湖南、河南、廣東、廣西、浙江、山西、山東、福建、河北、陜西、新疆、云南、貴州水利水電工程建設(shè)征地移民政府管理部門(mén)以及設(shè)計(jì)、建設(shè)管理單位的專(zhuān)家和代表140余人。

培訓(xùn)期間，水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)總院陳偉副院長(zhǎng)等主要起草人分別講授了水利水電工程建設(shè)征地移民規(guī)劃設(shè)計(jì)概論、征地移民安置有關(guān)法律、法規(guī)、征地移民設(shè)計(jì)規(guī)范主要內(nèi)容、征地移民設(shè)計(jì)實(shí)例，并就有關(guān)問(wèn)題與學(xué)員進(jìn)行了交流。參加培訓(xùn)的學(xué)員通過(guò)了測(cè)評(píng)，并取得了良好成績(jī)。

（崔忠波 供稿）

10.3969/j.issn.1008-1305.2014.01.014

TV221

B

1008-1305（2014）01-0039-04

劉恒祥(1969年～)，男，高級(jí)工程師。