綜合地球物理方法在電廠水文地質(zhì)勘察中的應(yīng)用

易俊

摘要：通過地球物理方法進行水文地質(zhì)勘察，可以初步掌握滑坡地水文地質(zhì)特性及潛在滑動面，以提高邊坡防災(zāi)的效果。本文以位于湖南某規(guī)劃電廠廠址為研究區(qū)域，首先通過地質(zhì)鉆探與巖心判斷，了解研究區(qū)域的地層特性;然后根據(jù)地球物理測井及地電阻率影像剖面法確定地下含水破碎帶位置，以輔助鉆孔確定地下水相關(guān)參數(shù)。

關(guān)鍵詞：地球物理;水文地質(zhì);勘察

1 引言

近年來，在分析滑坡的潛在滑動面與地質(zhì)構(gòu)造方面有許多地球物理探勘的技術(shù)可供研究人員選擇，并可將其分為侵入式探勘以及非侵入式探勘兩種方法。其中，侵入式探勘為使用地工技術(shù)在地層中鉆設(shè)井位，并通過巖心鉆探數(shù)據(jù)分析其地質(zhì)特性與判斷潛在滑動面的可能位置。此方法的優(yōu)勢為能取得巖心鉆探數(shù)據(jù)，分析受滑坡影響的特定地層其力學(xué)及水力特性等真實訊息。然而鉆井工程成本高昂且存在諸多限制，因此在鉆井結(jié)束后時常輔以各類型測井方法，將各式探針降入井底，在吊放或拉提的過程中實施測井，而后利用探針回傳的記錄（如電阻值、聲波速度、自然放射線強度等）與巖心數(shù)據(jù)互相比對完善地層數(shù)據(jù)。測井所使用的地球物理原理主要包含電學(xué)、放射性及聲波等學(xué)理，現(xiàn)今常使用的方法則有自然電位測井、電阻測井、井徑測井、自然伽瑪測井及聲波測井等方法。

2 項目概況

本文以湖南某擬建電廠廠址為研究對象，其位湘江集水區(qū)，屬于急水溪流域的水庫次集水區(qū)范圍內(nèi)，為最上游處。研究區(qū)域地表高程約介于505-565 m之間，屬于低海拔的丘陵地形，高程由北向南減緩。通過天眼查查閱2005年至2015 年間多期的衛(wèi)星影像，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)域近年來因受到多次強降雨，自2011年后滑坡地逐漸顯露，至今滑坡范圍已達(dá)10公頃左右，其中涵蓋上游支流的來源侵蝕范圍。

該場地裸露的地層主要以泥質(zhì)砂巖、砂質(zhì)頁巖及厚砂巖為主。此外，在地質(zhì)構(gòu)造部分，滑坡地南側(cè)有橫移斷層通過，因地質(zhì)構(gòu)造分布較密集且向斜與背斜構(gòu)造亦相當(dāng)發(fā)達(dá)，故使得區(qū)域內(nèi)地形崎嶇陡峭。地層位態(tài)明顯受斷層與褶皺等地質(zhì)構(gòu)造擾動影響而變化相當(dāng)大，可能會造成該區(qū)域地質(zhì)相當(dāng)破碎且軟弱。故本文將對地質(zhì)鉆探、測井及地電阻率剖面等技術(shù)進行分析，以厘清滑坡地的地質(zhì)環(huán)境。鉆探位置位于上邊坡兩處支流至下邊坡盡頭陷落點位，共規(guī)劃4孔地質(zhì)鉆探調(diào)查，每處鉆孔的鉆探深度分別為20m、30m、30m及20m，總共施鉆長度為100 m，并在達(dá)到預(yù)定深度的裸孔條件下，完成BH-02 及BH-03 的孔內(nèi)測井試驗。另外，為了能具體了解滑坡地的地層分布，場地共布置3 條地電阻影像剖面測線，如圖2-1所示。

3 研究方法

3.1 地球物理測井

孔內(nèi)地球物理測井調(diào)查系將電測儀置于鉆孔或試驗井中，并在吊放或拉升的過程連續(xù)測錄各種地球物理信號，其應(yīng)用早期以資源探勘為主，近年來測井也陸續(xù)開始投入至地下水、工程地質(zhì)及巖石力學(xué)等相關(guān)調(diào)查中。使用英國RG公司生產(chǎn)的電測儀可記錄的信號包括正常態(tài)電阻率、單點電阻、自然伽瑪（γ）射線、自然電位等，其探測結(jié)果隨深度并以柱狀曲線圖表示，通過不同信號的交互比對，可用來分析地層的細(xì)部構(gòu)造、判斷地層滲透或蓄水層位置、推估地層孔隙及其強度、界定地層巖性分布及裂縫位置等，如進行多孔調(diào)查時更可通過各鉆孔探測成果的結(jié)合將分層剖面描繪。

3.2地電阻影像剖面法

由于地電阻影像剖面可探測滑坡地地層構(gòu)造情形、斷層位置、巖性等，且地電阻探測對于地層中可能含水層分布情形，亦能提供可靠的信息，故采用地電阻影像剖面法輔助調(diào)查研究區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造位態(tài)及地下水分布。地電阻探測方法需布置測線，布設(shè)電流極及電位極，由放電電流與電位差的關(guān)系，推算得出測線地層的等視電阻剖面圖，再配合地表地質(zhì)調(diào)查、地質(zhì)鉆探成果、地下水觀測成果或其他探測成果，加以綜合解析地電阻探測結(jié)果，可分析崩積地層構(gòu)造、含水層位置或地層異常處的范圍及位置。

4數(shù)據(jù)分析及判斷

4.1測井結(jié)果判斷

BH-02鉆孔電測的實際調(diào)查范圍為2.5～30.0 m，其信號隨深度變化如圖4-1所示，測錄結(jié)果顯示本孔電阻值偏低，介于10～40 OHM-M間，分析本孔地層材料顆粒甚為細(xì)致，而自然伽瑪射線則介于60～130 CPS 間，其中在1～4m 及26～30m 明顯提升，電阻則陡降，說明區(qū)段系以具高放射性的頁巖或斷層泥為主，此現(xiàn)象與聲波振幅反射信號的結(jié)果相當(dāng)，反觀4～26m 信號反向，地層則以偏向顆粒較粗、泥質(zhì)含量較低的砂巖為主，但此區(qū)段信號呈現(xiàn)明顯的震蕩，證明區(qū)段砂巖較不均質(zhì)，層間仍常有夾泥或砂頁互層的現(xiàn)象。

4.2地電阻率結(jié)果判斷

依據(jù)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告及地方志所述，本滑坡地東側(cè)巖性主要為頁巖、砂質(zhì)頁巖及泥巖，西側(cè)地層巖性主要為泥質(zhì)砂巖、砂質(zhì)頁巖及厚砂巖，南側(cè)近斷層。另由BH-01～BH-04 鉆探結(jié)果，顯示表土層主要為土壤、巖屑及巖塊，下部為砂巖層。由以上數(shù)據(jù)及依據(jù)R1～R3 測線地電阻影像剖面電阻率推論，造成其電阻率差異可能因素計有：（1）不同的巖性造成明顯高低電阻率差異。（2）同一巖性地層中有明顯高低電阻率存在，顯示相同巖性地層因其破碎、含水量改變或地層錯動造成電阻率改變。（3）地質(zhì)構(gòu)造單純電阻值漸變或相同。（4）崩積材料造成上下電阻值差異。（5）地層非水平層，擴大地層的不均性，使得同一地層因不同方向的測線而有不同的電阻率。根據(jù)鉆探資料及孔隙率愈大含水量愈高的理論，本研究判斷R1及R3 探測剖面的解釋如下：

（1）R1 剖面（圖4-2）

表土層為很薄的土壤及巖屑層，推估在1m 內(nèi)，因此剖面上無法顯示，但在剖面0 m?16 m 及36 m?46m 電阻率大部份介于25Ω-m?200Ω-m，厚度<5.5 m，分析為崩積巖塊。下部砂巖層，剖面0～36 m，厚度0 m?5.8 m，電阻率<20Ω-m，分析為破碎或節(jié)理發(fā)達(dá)砂巖層，再下方電阻率介于20Ω-m?30Ω-m，分析為砂巖層;剖面36～62 m，電阻率<15Ω-m，分析為破碎或節(jié)理發(fā)達(dá)砂巖層。

（2）R3 剖面（圖4-2）

剖面0 m?11 m 電阻率介于40Ω-m?100Ω-m，厚度1.9 m?6.2 m，分析為崩積巖塊，剖面11 m?66 m，電阻率介于20Ω-m?60Ω-m，厚度0.6 m?5.2 m，分析為土壤及巖屑層。下部砂巖層，電阻率<20Ω-m，分析為破碎或節(jié)理發(fā)達(dá)砂巖層。

5結(jié)論

在選擇該擬建電廠廠址時，通過地質(zhì)鉆探與地球物理方法，掌握及了解了滑坡地的水文地質(zhì)特性與潛在可能滑動面。經(jīng)勘察表明地表下深度約18.3 至26.5 m處，有厚度2～3m的斷層泥分布;經(jīng)歸納總結(jié)各種調(diào)查成果可推測，地表下深度約18.3 至26.5m處，分析為滑坡潛在的可能滑動面分布位置，進而可提供后續(xù)地表與地中監(jiān)測及地下水位等監(jiān)測的參考，以便更好的進行廠址規(guī)劃和更合理的進行經(jīng)費配置。

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