EH4在探測西藏某水電站壩址深厚覆蓋層中的應用

郝忠友 楚少義 楊嘉明

EH4在探測西藏某水電站壩址深厚覆蓋層中的應用

郝忠友 楚少義 楊嘉明

（中水東北勘測設計研究有限責任公司 吉林長春 130062）

深厚覆蓋層探測是水利水電工程勘探中的一項重要的內容。地震勘探（折射法、反射法）、常規電法是探測覆蓋層最重要、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，地震和常規電法在解決深厚覆蓋層探測中逐漸退出工程物探的使用。EH4大地電磁儀是從美國引進的大地電磁測量系統，主要解決40～700m范圍內的地質勘探問題，尤其解決深部構造效果較好，避免了受地形的限制。生產實踐表明應用EH4大地電磁測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 大地電磁測量

1 引言

覆蓋層是指經過各種地質作用而堆積在基巖上的松散堆積物，通常經過多次沉積而成。其物理性質與沉積成分、厚度、含水程度等有關。工程物探探測覆蓋層主要是利用覆蓋層介質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，應用地震波折射法、淺層反射法、電測深法和電剖面法、高密度電剖面法探測覆蓋層的厚度，劃分基巖的構造均有較好的效果，但存在以下缺點：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模的低阻覆蓋層時，上述方法就難以取得理想的勘探效果。EH4系統的音頻大地電磁法（AMT）的工作原理，是基于麥克斯韋方程組完整統一的電磁場理論基礎，利用天然場源，在地表探測目標體的同時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算公式得出視電阻率。根據大地電磁場理論可知，電磁波在大地介質中穿透深度與其頻率成反比。當地下電性結構一定時，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林周縣某鄉下游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任務以灌溉、發電為主，兼顧防洪和供水。水電樞紐正常蓄水位4095m，水庫總庫容12.3×108m3，電站裝機容量160MW，電站年發電量為5.38億kW.h，設計灌溉面積4.47萬hm2，工程規模為大（1）型Ⅰ等工程。

2.2壩址區地形地貌、工程地質概況及物性特征

2.2.1 壩址區地形地貌

壩址區屬高山地形，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。壩址區河流流向為SE向，河谷底寬約700m，河水面寬100～110m，水深1～3m。正常蓄水位4095m時，谷寬1020m，河谷呈不對稱“U”字型。河床靠近右岸，右岸漫灘、階地發育不完整。左岸漫灘發育，寬約550m，三級階地明顯，階地前緣高出河水面分別為7、14和38m。

2.2.2 壩址區地質概況

壩址區出露的地層主要為白堊系上統林子宗火山巖組、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 壩址區物性特征

通過以往資料分析和現場試驗發現，壩址區地層從新到老電阻率具有逐漸增大的特征，白堊系上統火山巖組、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，測區內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 EH4在厚覆蓋層勘探中的應用

3.1測線的布置

在壩軸線兩側各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。

圖1 某水利樞紐工程壩基補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”方式進行張量測量（詳見圖2）。探測時兩對電極及兩根磁探頭以測點為中心對稱布設，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高靈敏度磁探頭進行接收，使用EH4連續電導率儀進行數據采集，點距25m，低、中、高頻段采用5～15次疊加。

3.3測試成果分析

3.3.1 BQ、BH測線物性解釋及地質推斷解釋

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

圖2 測量裝置示意

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

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，總體表現為中間深、兩端淺。深部表現為中高阻電性特征，反演電阻率一般高于800Ω·m，根據區域地質及實際鉆探巖芯情況，推斷解釋為花崗巖（）的反映。

圖3 BQ測線反演電阻率斷面圖

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，總體表現為中間深，兩端淺。深部表現為中高阻電性特征，反演電阻率一般高于800Ω·m，根據區域地質及實際鉆探巖芯情況，推斷解釋為花崗巖（）的反映。

圖4 BH測線反演電阻率斷面圖

3.3.2 壩軸線附近地質推斷解釋

由于壩軸線附近施工干擾嚴重，無法進行測量，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果，推斷壩軸線附近基巖埋深情況。

將BQ、BH測線首尾測點坐標，垂直投影到壩軸線上，對應壩軸線樁號為350～1175m。結合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，表現為小樁號端基巖頂板埋深變化較緩，大樁號端基巖頂板埋深變化較陡。壩軸線樁號780～840m之間基巖面高程為3610m，基巖埋深最大達420m，為壩軸線覆蓋層最厚段，兩端逐步變薄。根據區域資料推斷，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推斷解釋圖

4 結語

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，對探測結果進行了驗證。BZK03鉆至314.5m結束,未鉆到解釋的基巖面輪廓線。

對于像西藏這樣地質條件復雜的地區，覆蓋層巨厚,基巖面起伏大,且有深切槽，采用大地電磁法進行勘探，有利于提高物探勘探的精度。

1 SL326—2005水利水電物探規程. 北京：中國水利水電出版社，2005.

2 劉國棟等. 大地電磁測深研究[M]. 北京：地質出版社，1984.

10.3969/j.issn.1672-2469.2014.02.008

P642

B

1672-2469（2014）02-0024-03

郝忠友（1964年- ），男，工程師。