高密度電法在東屏水庫工程壩址區(qū)勘察中的應(yīng)用

黎 周, 葉偉楊, 陳大喜

(三門縣水利局,浙江 臺州 317100)

東屏水庫工程位于浙江省臺州市三門縣,工程由東屏水庫、長林水庫、輸水建筑物及永久交通工程等組成。東屏水庫、長林水庫分別位于三門縣白溪流域的東屏溪、長林溪上。東屏水庫可研階段擬對上下壩址進(jìn)行比較,上壩址壩型采用混凝土面板堆石壩方案,下壩址壩型擬進(jìn)行混凝土面板堆石壩和混凝土重力壩方案比較。在水工建筑物軸線位置按相應(yīng)規(guī)范布置鉆孔是水庫工程勘察最主要的技術(shù)手段,傳統(tǒng)鉆探方法能直觀的展示地下巖層的完整性情況,輔以孔內(nèi)電視成像技術(shù)還能了解巖體節(jié)理的傾向、傾角等信息,但鉆孔分布與數(shù)量對工程勘察精度及勘測費(fèi)用工期均有較大影響。當(dāng)工程區(qū)地質(zhì)條件相對復(fù)雜時,單一鉆探方法無法有效的查明地下不良地質(zhì)體的空間分布情況,為此常借助地球物理探測方法[1-10]。東屏水庫工程可研階段下壩址區(qū)采用高密度電法探測,物探工作范圍主要平行下壩址壩軸線布置,研究成果可為水庫工程勘察精度的提高提供一定指導(dǎo)。

1 測區(qū)地質(zhì)概況及地球物理特征

東屏水庫壩址位于東屏村上游400 m處,河谷寬300 m,呈“U”字形。左岸山坡坡度20°～30°,上緩下陡;右岸山坡坡度25°～45°,上緩下陡。兩岸基巖基本出露,河漫灘發(fā)育,起伏差小,河床緊靠右岸,谷底地形總體平坦,高程一般46 m～52 m。壩址左岸上下游各有一條小沖溝發(fā)育,右岸下游有一條大沖溝發(fā)育。

測區(qū)基巖主要為侏羅系上統(tǒng)西山頭組(J3x)晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r,新鮮巖石致密堅(jiān)硬,兩岸基巖基本出露,巖體風(fēng)化不深,巖體完整性較好。測區(qū)覆蓋層主要為第四系全新統(tǒng)(Q4)沖洪積砂卵礫石層(al-plQ4)、殘坡積含碎石粉質(zhì)粘土層(el-dlQ4)及第四系上更新統(tǒng)(Q3)沖洪積含泥砂卵礫石層(al-plQ3)、坡洪積粉質(zhì)粘土夾碎石層(dl-plQ3)。壩址區(qū)未見區(qū)域性斷層通過,地質(zhì)構(gòu)造較簡單,節(jié)理裂隙不發(fā)育-較發(fā)育,兩岸自然邊坡整體穩(wěn)定,工程地質(zhì)條件較好。區(qū)內(nèi)地下水主要由大氣降水和河水的直接滲入補(bǔ)給,并賦存在基巖裂隙中或第四系孔隙內(nèi),從而形成裂隙水和孔隙水兩種。

測區(qū)鉆孔揭露的地層自上而下主要為覆蓋層、風(fēng)化基巖、新鮮基巖,局部有巖脈侵入。新鮮基巖在電阻率斷面圖中一般呈現(xiàn)高阻特性,風(fēng)化基巖電阻率稍低,巖脈電阻率與其類型有關(guān),不同巖土體間電阻率一般存在差異,具備超高密度電法開展的地球物理前提。

2 高密度電法測線布置與成果解釋

本次探測采用澳大利亞ZZ Resistivity Imaging研發(fā)中心開發(fā)的FlashRES64多通道超高密度直流電法成像系統(tǒng),物探工作在下壩址區(qū)沿壩軸線方向平行布設(shè)測線四條(如圖1所示),經(jīng)過數(shù)據(jù)預(yù)處理和反演后生成了4個電阻率剖面,電法測線以SK1-SK1'～SK4-SK4'依次編號。

圖1 高密度電法測線布置及推測巖脈走向分布圖

2.1 測線SK1-SK1'剖面資料及解釋

測線SK1-SK1'電阻率斷面成果如圖2所示,電阻率斷面圖在小于10 m的深度范圍出現(xiàn)明顯的高低電阻率分界面,上部土層電阻率基本大于1 200 Ω·m,對應(yīng)于含水率較低的砂卵礫石層,其厚度在測線兩端相對較小,約4 m～10 m,與鉆孔ZKD107、ZKD108及ZKD109揭露的深度較吻合。下部大面積的低阻區(qū)域?qū)?yīng)于基本賦存于地下水位線之下的含泥砂卵礫石層,電阻率約10 Ω·m～1 315 Ω·m;低阻帶中部位置在深度36 m附近逐漸向下延伸,經(jīng)ZKD108揭露為含磁鐵礦的巖脈電阻率響應(yīng)特征,其寬度推測在12 m左右,傾向右岸,傾角約86°。巖脈兩側(cè)存在電阻率大于1 300 Ω·m的相對高阻區(qū)域,對應(yīng)較完整的弱風(fēng)化基巖,其埋深約34 m～37 m。

圖2 測線SK1-SK1'電阻率斷面圖

2.2 測線SK2-SK2'剖面資料及解釋

圖3為測線SK2-SK2'電阻率斷面成果,如圖所示,與測線SK1-SK1'類似,分為高低阻兩片區(qū)域,高阻區(qū)對應(yīng)的砂卵礫石層,電阻率大于1 350 Ω·m,層厚約4 m～11 m。低阻區(qū)對應(yīng)含泥砂卵礫石層,其電阻率小于1 350 Ω·m,最大厚度達(dá)28 m。弱風(fēng)化基巖呈高阻,電阻率一般大于1 100 Ω·m,里程113 m～140 m附近深部的電阻率顯著降低,推測為與測線SK1-SK1'相同的含磁鐵礦物閃長巖巖脈電性異常反應(yīng)。

圖3 測線SK2- SK2'電阻率斷面圖

2.3 測線SK3-SK3'與測線SK4-SK4'剖面資料及解釋

測線SK3-SK3'及測線SK4-SK4'電阻率斷面圖與SK1-SK1'類似,覆蓋層與弱風(fēng)化基巖、砂卵礫石與含泥砂卵礫石的分界線如圖4、圖5所示,前者層厚約34 m～38 m,后者約5 m～10 m;巖脈埋深約34 m～37 m,寬度約11 m～12 m,傾向右岸,傾角約86°。

圖4 測線SK3-SK3'電阻率斷面圖

圖5 測線SK4-SK4'電阻率斷面圖

綜合4條電法剖面可知,測線中部位置附近地下存在向深部延伸的帶狀低阻區(qū)域,其埋深約32 m～37 m,寬度約11 m～12 m,基本傾向右岸,傾角約86°,走向基本為北西向(北偏西47°～北偏西43°),在測線SK1-SK1'異常區(qū)域補(bǔ)充布設(shè)了ZKD108鉆孔,該孔于孔深36 m附近揭露了灰色閃長巖脈,該巖脈具半自形粒狀結(jié)構(gòu),巖石以斜長石為主,暗色礦物(角閃石、磁鐵礦)次之,斜長石呈半自形細(xì)粒,有泥化,磁鐵礦、角閃石呈半自形細(xì)粒,已綠泥石化。

3 結(jié)束語

(1)FlashRES64電法系統(tǒng)探測基巖面效果良好,能較清晰的顯示砂卵礫石、含泥砂卵礫石及下伏基巖的分界線,含水率較低的砂卵礫石層其電阻率基本大于1 200 Ω·m,含泥砂卵礫石電阻率多小于500 Ω·m。

(2)測線中部位置(里程106 m～134 m)深部出現(xiàn)向下延伸的低阻異常帶,經(jīng)鉆孔ZKD108驗(yàn)證為含磁鐵礦物的閃長巖巖脈產(chǎn)生的電阻率響應(yīng),巖脈層面稍扭曲,呈平緩的V字型展布,總體走向?yàn)楸蔽飨?傾向南西,傾角約86°,推測寬度約11 m～12 m,驗(yàn)證了高密度電法在隱伏地質(zhì)體探測中的有效性。

本次勘察階段僅布設(shè)ZKD108鉆孔驗(yàn)證,類似工程勘察問題,在鉆孔未封孔的前提下,可考慮以相同的電法測線布設(shè)采用井-地電法探測裝置探測。