郝忠友 楚少義 楊嘉明

EH4在探測(cè)西藏某水電站壩址深厚覆蓋層中的應(yīng)用

郝忠友 楚少義 楊嘉明

（中水東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司 吉林長(zhǎng)春 130062）

深厚覆蓋層探測(cè)是水利水電工程勘探中的一項(xiàng)重要的內(nèi)容。地震勘探（折射法、反射法）、常規(guī)電法是探測(cè)覆蓋層最重要、最有效的方法，但受覆蓋層深度和地形的影響較大。近年來由于地震使用的炸藥震源越來越難以解決，地震和常規(guī)電法在解決深厚覆蓋層探測(cè)中逐漸退出工程物探的使用。EH4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40～700m范圍內(nèi)的地質(zhì)勘探問題，尤其解決深部構(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EH4大地電磁測(cè)深反演電阻率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

1 引言

覆蓋層是指經(jīng)過各種地質(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)深法和電剖面法、高密度電剖面法探測(cè)覆蓋層的厚度，劃分基巖的構(gòu)造均有較好的效果，但存在以下缺點(diǎn)：受地形、地物的影響較大，勘探深度淺，工作量大，工作效率較低。因此，遇較厚的覆蓋層或有一定規(guī)模的低阻覆蓋層時(shí)，上述方法就難以取得理想的勘探效果。EH4系統(tǒng)的音頻大地電磁法（AMT）的工作原理，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，在地表探測(cè)目標(biāo)體的同時(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。本方法在西藏某工程深厚覆蓋層及深部構(gòu)造的勘探中就取得了良好的效果。

2 某水電站工程概況和物性特征

2.1工程概況

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

水電樞紐工程的開發(fā)任務(wù)以灌溉、發(fā)電為主，兼顧防洪和供水。水電樞紐正常蓄水位4095m，水庫(kù)總庫(kù)容12.3×108m3，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4.47萬hm2，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。右岸高程4060m以下坡度較陡，為50o左右，高程4060m以上坡度變緩，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，坡度較緩，為15o左右，高程4 240m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“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7、14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：

2.2.3 壩址區(qū)物性特征

通過以往資料分析和現(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為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 EH4在厚覆蓋層勘探中的應(yīng)用

3.1測(cè)線的布置

在壩軸線兩側(cè)各50m分別布置1條測(cè)線，壩前測(cè)線BQ、壩后測(cè)線BH長(zhǎng)850m。詳見圖1。

圖1 某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工作方法

采用“十字型布極”方式進(jìn)行張量測(cè)量（詳見圖2）。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)稱布設(shè)，其中Ex、Hy與測(cè)線方向一致（即壩軸線在地表的投影線），Ey、Hx與測(cè)線方向垂直。

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EH4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)試成果分析

3.3.1 BQ、BH測(cè)線物性解釋及地質(zhì)推斷解釋

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

圖2 測(cè)量裝置示意

從反演電阻率斷面圖中可以看出，BQ線和BH線形態(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)線反演電阻率斷面圖見圖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（）的反映。

圖3 BQ測(cè)線反演電阻率斷面圖

BH測(cè)線反演電阻率斷面圖見圖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。

圖4 BH測(cè)線反演電阻率斷面圖

3.3.2 壩軸線附近地質(zhì)推斷解釋

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

將BQ、BH測(cè)線首尾測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)，垂直投影到壩軸線上，對(duì)應(yīng)壩軸線樁號(hào)為350～1175m。結(jié)合BQ、BH測(cè)線物探資料與壩軸線鉆探資料綜合推斷壩軸線上基巖埋深如圖5中虛線所示。中間基巖埋深較大，兩端基巖埋深較淺，表現(xiàn)為小樁號(hào)端基巖頂板埋深變化較緩，大樁號(hào)端基巖頂板埋深變化較陡。壩軸線樁號(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。

圖5 壩軸線覆蓋層物探地質(zhì)推斷解釋圖

4 結(jié)語(yǔ)

通過已知鉆孔BZK04對(duì)比測(cè)量，反演深度與鉆孔揭露深度基本一致，對(duì)探測(cè)結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。BZK03鉆至314.5m結(jié)束,未鉆到解釋的基巖面輪廓線。

對(duì)于像西藏這樣地質(zhì)條件復(fù)雜的地區(qū)，覆蓋層巨厚,基巖面起伏大,且有深切槽，采用大地電磁法進(jìn)行勘探，有利于提高物探勘探的精度。

1 SL326—2005水利水電物探規(guī)程. 北京：中國(guó)水利水電出版社，2005.

2 劉國(guó)棟等. 大地電磁測(cè)深研究[M]. 北京：地質(zhì)出版社，1984.

10.3969/j.issn.1672-2469.2014.02.008

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1672-2469（2014）02-0024-03

郝忠友（1964年- ），男，工程師。