劉恒祥 郝忠友

(中水東北勘測設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，長春市 130062)

深厚覆蓋層的探查

劉恒祥 郝忠友

(中水東北勘測設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，長春市 130062)

深厚覆蓋層探測是水利水電工程中一項(xiàng)重要的內(nèi)容，電測深、地震勘探（折射法、反射法）是探測覆蓋層最有效的方法，但受覆蓋深度和地形的影響較大，由于電測深的多解性及近年來地震使用的炸藥震源越來越難于解決，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引進(jìn)的大地電磁測量系統(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；大地電磁測量；西藏旁多

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，對于覆蓋層較薄，應(yīng)用地震波折射法、淺層反射法、電測法和剖面法、高密度剖面法探測覆蓋層的厚度、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測量系統(tǒng)是利用大地電磁測量的原理，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)一的電磁場理論基礎(chǔ)。利用天然場源，在探測目標(biāo)體的地表同時(shí)測量相互正交的電場分量和磁場分量，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，水庫總庫容(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

通過以往資料分析和現(xiàn)場試驗(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 測線的布置

在壩軸線兩側(cè)各50m分別布置1條測線，壩前測線BQ，壩后測線BH長850m。詳見圖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)行張量測量（詳見圖 2測量裝置示意圖）。探測時(shí)兩對電極及兩根磁探頭，以測點(diǎn)為中心對稱布設(shè)，其中 Ex、Hy與測線方向一致（即壩軸線在地表的投影線），Ey、Hx與測線方向垂直。

電場采用帶有電傳感器的不銹鋼電極接收；磁場采用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 測量成果的分析

3.3.1 BQ測線、BH測線物性解釋及地質(zhì)推斷解釋

BQ測線、BH測線分別位于壩軸線的兩側(cè)，測線平行壩軸線布置，測線方向2400，測線長度均為850m，測線上地形整體呈東北高西南低的形態(tài)，地形較緩，測線西南端有河水流過。

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)行測量。又因BQ測線、BH測線平行壩軸線分布。因此，利用兩測線的探測結(jié)果，推斷壩軸線附近基巖埋深情況。

將 BQ、BH測線首尾測點(diǎn)坐標(biāo)，垂直投影到壩軸線上，對應(yīng)壩軸線樁號為350～1175m，結(jié)合BQ、BH測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)為小樁號端基巖項(xiàng)板埋深變化較緩，大樁號端基巖項(xiàng)板埋深變化較陡，壩軸線樁號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。

詳見圖5旁多水利樞紐工程壩基勘察壩軸線覆蓋層物探地質(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

通過對布設(shè)在壩軸線兩側(cè)電磁法剖面的反演解釋，推斷了旁多水利樞紐壩軸線附近基巖埋深情況，并得出以下結(jié)論。

（1）壩軸線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）通過對BQ、BH測線反演解釋，推斷壩軸線覆蓋層厚度為 60～420m。小樁號端基巖變化較緩，大樁號端基巖變化較陡，壩軸線樁號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，呈中間深，兩端淺的形態(tài)。

4.2 壩址區(qū)構(gòu)造結(jié)論

對過兩條剖面的對比解釋，在壩址區(qū)順河方向無大的構(gòu)造通過，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）通過已知鉆孔 bzk04對比測量，反演深度與鉆孔揭露深度基本一致，建議對探測結(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。對壩址區(qū)地質(zhì)情況的認(rèn)識程度有了很大的提高。

（2）對于像西藏這樣地質(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?？谂e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以及設(shè)計(jì)、建設(shè)管理單位的專家和代表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)問題與學(xué)員進(jìn)行了交流。參加培訓(xùn)的學(xué)員通過了測評，并取得了良好成績。

（崔忠波 供稿）

10.3969/j.issn.1008-1305.2014.01.014

TV221

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1008-1305（2014）01-0039-04

劉恒祥(1969年～)，男，高級工程師。