高密度電法在九龍水庫蓄水可行性論證中的應用

邱方勝

(河北省水利水電勘測設計研究院,天津　300250)

1　工程概況

擬建的云南省曲靖市沾益縣九龍水庫位于沾益縣西平鎮天生壩下村,在珠江流域源頭南盤江上,距沾益縣城東南3.0km,離曲靖市約13.0 km,是一座以農業灌溉、人蓄飲水等為主,兼有下游防洪的小(1)型水利工程。

九龍水庫設計壩頂高程為1 930.0 m,壩頂寬6.0 m，長240.0 m,最大壩高48.0 m。水庫蓄水后壩前水位抬高33.0 m左右,庫長約5.2 km,庫岸長13.69 km。從區域巖溶發育歷史看,為滇東地區第三巖溶期,即南盤江巖溶期。庫區處于溶隙發育帶,巖溶形態以溶蝕裂隙為主,同時也存在一定規模的溶洞。對水庫進行蓄水可行性論證成為水庫可行性研究工作的前提。

配合地質勘察工作,在庫區沿1 930.0 m高程進行了高密度電法工作,用以查明庫區地質構造、巖溶發育程度及聯通情況。

2　高密度電法理論基礎

2.1　方法原理[1]

電阻率法勘探的原理是建立在欲探測的目標體與圍巖之間具有電性差異的基礎之上,通過高密度電法測量系統中的計算機軟硬件,控制在同一多芯電纜上連接布置的多根電極,使其組成多個垂向測深點或多個不同探測深度的探測剖面,根據控制系統中選擇的探測裝置類型,對電極進行相應的排列組合,按照測深點位置的排列順序或探測剖面的深度順序,逐點、逐層探測,實現了自動布點、自動跑極、自動供電、自動觀測、自動記錄、自動計算、自動存儲。通過高密度軟件解釋系統,進行正、反演計算,結合工程區地質及地球物理特征,就可以對地層、巖溶溶蝕區及其它不良地質體進行有效的地質解釋。

2.2　儀器設備與方法技術

本次高密度電法勘探使用重慶地質儀器廠生產的DUK-2A高密度電法測量系統,道間距5 m,120道電極,溫納裝置,供電電壓360 V。測量過程中利用動態GPS系統對每根電極均進行了高程測量,在數據處理過程中利用高程測量結果對高密度電法測試數據進行了二維校正,以提高測試成果的可靠性。

高密度電法通過計算機軟硬件技術，可自動控制、測量多根電極，使其組成多個垂向測深點或多個不同探測深度的探測剖面，兼具電剖面法和電測深的功能，數據采集密度大。通過正、反演計算，結合工程區地質及地球物理特征，就可以直觀反映出地層、巖溶溶蝕區及其他不良地質體的分布情況。

3　地形、地貌及地球物理特征

工程區位于滇東高原,具有高原山地與斷拗(陷)盆地相間的地貌特征。地形多為山地、丘陵及壩子組成,喀斯特地貌發育。工程區地勢大致西北高東南低,由西北向東南傾斜。區域西北部海拔1 930.0～2 060.0 m,切割深度50.0～100.0 m,最大可達150.0 m,屬中山區。

庫盆坐落在中厚層的泥盆系上統宰格組D3z的灰巖,石炭系下統擺佐組C1b的白云巖、石炭系中統C2的骨屑灰巖、石炭系上統C3的白云巖化灰巖,二疊系下統梁山組P1l的頁巖、砂巖、棲霞組P1q的白云巖地層上,巖溶層組類型為均勻狀純碳酸鹽巖層組。庫區地表巖溶形態非常豐富,主要有巖溶洼地(漏斗)、落水洞、巖溶塌陷、溶洞等。

工程區覆蓋層、基巖、溶蝕發育區等有明顯的電性差異,且各層具有一定厚度或規模,具有地球物理勘探前提條件。各主要地層巖性電阻率值見表1。

表1　主要地層巖性電阻率值

4　高密度電法應用效果分析

本次工作共計布設34條高密度電法測線,測線總長度16 340 m。根據高密度電法勘察原理及工程區地質及地球物理特征,資料解釋時遵循以下原則:

對淺層近地表的低阻區解釋為壤土層或壤土夾碎石層,為覆蓋層,厚度一般較小。覆蓋層下部的高阻值區為基巖。在高阻值區內的局部低阻或高阻封閉區為基巖內的封閉型溶蝕區,低阻型有粘土或地下水等充填物,高阻型未充填。電阻率呈明顯分區或分層,推斷為斷層或地層巖性變化。

本次工作共推測出溶蝕性地質異常5處、地質斷層1處。

4.1　溶蝕性地質異常實例

GZ1測線位于水庫左岸壩線處,表層為壤土夾碎石層,深度在4～15 m左右,其下為灰巖。測線長度270 m處,深度為22 m左右區域的電阻率>2 000 Ω·m,推斷為溶蝕區域。根據測線左側相距10 m的地質鉆孔鉆探結果,深度16～22 m為溶洞,洞內無填充物,鉆孔結果與高密度電法成果基本吻合。視電阻率斷面解釋推斷成果見圖1。

圖1　測線GZ1視電阻率斷面解釋推斷成果圖

圖2　測線GZ14視電阻率斷面解釋推斷成果圖

4.2　地質斷層異常實例

GZ14測線位于水庫左岸,測線開始至130 m段電阻率值較高,最高電阻率值1 500 Ω·m,該段為較完整巖石;測線140 m處,電阻率明顯降低,從900 Ω·m降至250 Ω·m,推測此處為斷層。經地質測繪和探槽開挖,此處為小哨逆斷層Ⅰ-7,為一條逆斷層,產狀為走向NE20°～SW190°,傾向SE,傾角70°。斷層上盤為宰格組灰巖,下盤為海口組砂巖,地層斷距300 m,斷層帶寬約50 m,帶內多為灰白、灰綠、黃褐色斷層泥，開挖結果與高密度電法成果基本吻合。視電阻率斷面解釋推斷成果見圖2。

5　結論

通過采用高密度電法對云南省曲靖市沾益縣九龍水庫庫區構造、巖溶發育程度及地質斷層進行地球物理勘探,其結果證明該方法在巖溶發育區新建水庫蓄水可行性論證工作中是一種有效的勘察手段,實際工作中應對地形起伏較大的剖面進行地形校正,以提高探測成果的精度。

參考文獻:

[1]SL326—2005,水利水電工程物探規程[S].