綜合物探在清水河水庫勘探中的應(yīng)用

李建超 王長偉 劉潔

1 工程概況

清水河水庫位于云南省文山壯族苗族自治州境內(nèi)。工程所在流域?yàn)榍逅嫌胃闪髂锨鸷樱瑢僦榻饔蛭鹘?。清水江屬珠江流域西江水系南盤江的一級(jí)支流，河流從上至下流經(jīng)硯山、丘北、廣南三縣，于丘北縣的壩達(dá)村匯入南盤江，干流全長229 km，集水面積5 117 km2，其中文山州境內(nèi)流域面積4 728 km2。清水河水庫為大（2）型，工程樞紐建筑物有攔河壩，供水工程有泵站、輸水線路。

本次探測(cè)的內(nèi)容和目的為采用綜合物探方法基本查明上壩址區(qū)巖性分布、地質(zhì)構(gòu)造及巖溶發(fā)育等情況。

本次測(cè)探測(cè)部位位于上壩址右壩肩，布設(shè)測(cè)線與壩軸線平行。淺部探測(cè)采用高密度電法，實(shí)測(cè)為溫納裝置，電極距5 m，單一排列70 根電極，相應(yīng)電極隔離系數(shù)19，供電電壓360～480 V；深部探測(cè)采用音頻大地電磁（EH4）法，電極距為30 m，點(diǎn)距為20 m。

2 地質(zhì)簡況及地球物理特征

2.1 地質(zhì)簡況

工程區(qū)位于南嶺東西向復(fù)雜構(gòu)造帶西段與旋扭構(gòu)造、弧形構(gòu)造、北東向構(gòu)造帶的復(fù)合部位，其西南部發(fā)育嶺南東西向構(gòu)造帶西延部分，北部發(fā)育嶺南東西向構(gòu)造帶，受多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，使得構(gòu)造復(fù)雜，不同規(guī)模、不同方位和形態(tài)的構(gòu)造十分發(fā)育。

工程區(qū)內(nèi)出露的地層主要有版納組上段和第四系。根據(jù)不同層厚和巖性差異將版納組上段地層分為2 層，版納組第1 層（T2bb-1）以深灰色中厚層狀灰?guī)r夾泥質(zhì)灰?guī)r為主；第2 層（T2bb-2）以黃綠色中厚層泥質(zhì)粉砂巖夾灰黑色泥巖為主，中部夾有數(shù)層厚度不一的泥灰?guī)r及泥質(zhì)灰?guī)r，其中灰?guī)r夾層巖溶發(fā)育。

據(jù)已有水文地質(zhì)報(bào)告顯示，在區(qū)域內(nèi)巖溶洞穴規(guī)模大小，數(shù)量的多寡，從分水嶺至排泄基準(zhǔn)面有明顯差異，與工程區(qū)有關(guān)的巖溶發(fā)育程度可劃分為強(qiáng)、較強(qiáng)、弱3 個(gè)水平分帶，各帶特征見表1。

表1 巖溶發(fā)育程度平面分帶特征表

從水平方向上看，受地層分布、巖性、構(gòu)造及水系等因素的共同作用。

構(gòu)造運(yùn)動(dòng)造成地殼的抬升或沉降，破壞巖體的連續(xù)性和完整性，形成節(jié)理、裂隙等空隙，使地表水、地下水有了可滲入的空間，在可溶性碳酸鹽巖巖體中不斷的通過溶蝕、侵蝕作用擴(kuò)大空間。不同力學(xué)性質(zhì)的斷層導(dǎo)致巖體破碎程度、形式及充填情況差異很大，不同構(gòu)造部位巖層變形破碎程度不同，共同導(dǎo)致了裂隙發(fā)育各具特點(diǎn)、強(qiáng)弱不等，裂隙發(fā)育的差異對(duì)巖溶發(fā)育的特征及強(qiáng)弱起著控制作用。

2.2 地球物理特征

研究區(qū)出露的地層主要有三疊系和第四系，根據(jù)實(shí)測(cè)物探成果，各巖性層電阻率參數(shù)見表2。由表知：具備地球物理探測(cè)的物理前提。

表2 各巖（物）性層電阻率參數(shù)表

3 成果分析

3.1 分析原則

密度電法測(cè)量較音頻大地電磁（EH4）法探測(cè)深度小，淺部分辨率高；由于高密度電法測(cè)量探測(cè)深度較小，在劃分巖性界線時(shí)，相較音頻大地電磁（EH4）法會(huì)有一定偏差，因此，在劃分巖性界線時(shí)會(huì)以音頻大地電磁（EH4）法成果為主；由于地表出露灰?guī)r對(duì)電極接地效果影響較大，造成地表電阻率不均勻，成層性較差；音頻大地電磁（EH4）法測(cè)量成果為卡尼亞電阻率等值線圖，高密度電法測(cè)量成果為電阻率等值線圖，二者電阻率計(jì)算方法不同，有本質(zhì)區(qū)別。該地區(qū)高密度電法測(cè)量取得的電阻率相對(duì)音頻大地電磁（EH4）法較高，但二者曲線形態(tài)基本一致。

影響巖體電阻率值的因素主要為巖性、風(fēng)化程度及構(gòu)造發(fā)育、含水率、溶蝕是否發(fā)育及溶蝕充填物性質(zhì)等。對(duì)于碳酸鹽地層，巖體越新鮮完整電阻率值越高；當(dāng)巖體賦水時(shí)，風(fēng)化程度越高、裂隙或溶蝕現(xiàn)象越發(fā)育、充填物泥質(zhì)含量越大，電阻率越低；當(dāng)巖體位于地下水位以上時(shí)，空氣充填的溶洞將為高阻反應(yīng)。

3.2 巖性分析

通過圖1（SW2 測(cè)線電阻率反演等值線斷面圖）可以看出，圖中高密度電法電阻率等值線（圖1a）與音頻大地電磁（EH4）法電阻率等值線（圖1b）形態(tài)基本一致。

圖1 壩址區(qū)SW2測(cè)線電阻率反演等值斷面圖

根據(jù)圖（b）EH4 法電阻率反演等值線斷面圖中地層電阻率及其等值線分布和變化形態(tài)，沿剖面可大致以樁號(hào)0+145、0+475 為界橫向?qū)⒒鶐r劃分為3 個(gè)單元，其中：

0+000—0+145 段，整體表現(xiàn)為較低阻特征體，電阻率范圍值10～700 Ω·m；推測(cè)為不同風(fēng)化程度細(xì)砂巖夾數(shù)層厚度不一的薄層灰?guī)r的電性反映，其中細(xì)砂巖層厚較大，灰?guī)r層厚較小且?guī)r溶發(fā)育。

0+145—0+475 段，整體表現(xiàn)為高阻特征體，電阻率范圍值20～1 500 Ω·m，推測(cè)為不同風(fēng)化程度灰?guī)r的電性反映。

0+475—0+620 段，整體表現(xiàn)為低阻特征體，電阻率范圍值20～700 Ω·m，推測(cè)為不同風(fēng)化程度細(xì)砂巖、泥質(zhì)粉砂巖夾灰黑色泥巖的電性反映。

3.3 構(gòu)造發(fā)育情況

針對(duì)SW2 測(cè)線電阻率反演等值線斷面圖對(duì)主要構(gòu)造進(jìn)行了劃分。依據(jù)圖1（b）EH4 法電阻率反演等值線斷面圖解譯巖性界線2 條，破碎帶1 條，斷層1 條；依據(jù)圖1（a）高密度電法電阻率反演等值線斷面圖解譯巖溶發(fā)育區(qū)域1 塊，具體發(fā)育情況見表3。

表3 SW2測(cè)線成果推測(cè)構(gòu)造特征表

3.4 成果驗(yàn)證

后期在剖面95 m 處布設(shè)鉆孔SZK14（如圖2 所示），孔深120 m，鉆孔揭示在高程1 439.3～1 433.4 m段內(nèi)為較破碎-破碎的細(xì)砂巖；中部為灰?guī)r夾層，1 432.4～1 424.9 m 段內(nèi)巖溶發(fā)育，高密度電法成果高程1 421～1 433 m 反映為低阻特征體，電阻率小于200 Ω·m，鉆孔位置低阻區(qū)域相對(duì)較小，兩側(cè)區(qū)域較大，推測(cè)該區(qū)域破碎、巖溶較發(fā)育，屬區(qū)域巖溶發(fā)育程度平面分帶較強(qiáng)發(fā)育帶；在高程1 415.9～1 407.6 m 段內(nèi)為破碎帶，帶內(nèi)為碎塊和泥質(zhì)充填物，碎塊含量低，成分為灰?guī)r和方解石在音頻大地電磁（EH4）法成果中反映為較低阻特征體，電阻率范圍值為200～350 Ω·m，與推測(cè)斷層f1相交。

4 結(jié) 語

圖2 壩址區(qū)SZK14鉆孔柱狀圖

本次物探工作，利用高密度電法測(cè)量查明60 m深度范圍內(nèi)的巖溶分布情況，使用EH4 測(cè)量了解測(cè)區(qū)60～400 m 深度范圍的巖性、構(gòu)造、溶蝕空間分布及發(fā)育情況。這兩種方法既能相互補(bǔ)充又能相互驗(yàn)證，既能對(duì)淺部溶蝕發(fā)育情況有較高精度的判定又能對(duì)較深部巖性、構(gòu)造、溶蝕異?？臻g分布及發(fā)育進(jìn)行解釋。兩種方法相結(jié)合來解釋在一定程度上可以減少物探的多解性。在今后類似工程中有推廣應(yīng)用價(jià)值。