两河口水电站右坝肩边坡的氡异常特征

贾留杰,沈军辉,章志锋,顾涛

(1.四川省交通厅交通勘察设计研究院,成都 610017;2.成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室,成都 610059)

两河口水电站右坝肩边坡的氡异常特征

贾留杰1,沈军辉2,章志锋2,顾涛2

(1.四川省交通厅交通勘察设计研究院,成都 610017;2.成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室,成都 610059)

通过对岩体的氡气测试,得到不同高程氡气脉冲值的硐深变化曲线,分析岩体卸荷强度和方式与其氡异常的相关性。岩体卸荷强度愈高,高氡异常值越高,异常深度范围越大,异常特征越明显。边坡集中卸荷拉裂部位、断层及错动带高氡异常,但边坡深部某些顺层断层或错动带异常特征不明显。结果显示卸荷强度和方式与氡气异常特征密切相关。

两河口水电站;边坡岩体;卸荷强度;氡异常

氡气是地质体中的铀系衰变过程的中间产物,是一种惰性气体,在迁移过程中不与其他物质发生化学反应。据研究,氡气作为一种地气,在地壳中主要沿着活动断裂带、构造断裂带向上运移,对氡气浓度的测量,分析对比氡异常,可确定断裂网络的空间格架、断层产状、断层的相对活动性[1～3]。目前,氡气测试作为一种辅助手段被引入到边坡卸荷带及卸荷裂缝研究中[4,5],但对边坡岩体氡气异常特征仍缺乏较为系统的研究成果。本文通过对两河口水电站右坝肩边坡不同高程平硐氡气系统测试,根据空间不同部位的边坡岩体氡气变化特征及其与边坡岩体卸荷程度的相关性分析,探求边坡岩体的氡异常特征。

1 氡气测试的基本原理及技术

1.1 测试原理

氡气及其子体比重很大,但它向上运移能力与向下运移能力相似,甚或超过,而远远大于横向运移能力[6]。氡及其子体和母体多为α辐射体,它们放出的α粒子减速后成为4He,能与氡及其子体和母体形成符合团簇,氦很轻,当其符合团簇浮力大于重力时,团簇便会自行上升,成为氡及其子体向上运移的内因,考虑到地下温差、地下压力差、地下水的流动、对流作用等外部因素,势必会形成明显向上运移的气流[7]。

采用FD-3017RαA测氡仪,对两河口水电站右坝肩边坡不同高程平硐硐壁声波测试孔作氡气测试实验。该仪器主要由抽气泵和测量操作台两部分组成,采用静电收集氡衰变的第一代子体RαA(218P0)作为测定对象。RαA等短周期子体,其半衰期为3.05min,由于半衰期很短,不存在探测器污染问题[8]。测量时读取脉冲数,脉冲数越大表明测点处氡射气富集程度越高。根据测点测量获取的脉冲数可绘出测区的RαA脉冲值随硐深变化曲线图,分析边坡岩体的氡异常特征。

1.2 操作步骤

野外实地氡气测试按下列步骤进行:

①将经校正的仪器安装后,现场校正。

②将取样器放入硐壁上的声波孔内,并用橡胶等物将四周密封。

③将收集金属片放置于高压收集器中。

④将抽气泵阀门置于“吸”的位置,抽气并排气1～2次。

⑤将清泵后的泵筒抽满气,阀门置于“关”的位置,立即加高压2min。

⑥将加高压后的收集片在10s内放入计数探测器中记数2min。

⑦记录相关测试数据。

⑧转入第二次测点,重复②至⑦的操作。

2 基本地质条件

拟建两河口水电站位于四川省甘孜州雅江县境内的雅砻江干流上,为雅砻江中下游的龙头电站。水库大坝设计坝高295 m,装机容量3 000 MW。坝址区雅砻江呈SN走向,河床高程2 610 m。右坝肩边坡坡向 E,坡高近 1 000 m,坡度一般 40°～50°,略呈沟梁相间地貌。岩性为三叠系上统两河口组砂、板岩。岩层产状为 N60°～75°W/SW ∠60°～75°,与河流大角度相交,为一陡倾横向坡。岩体以发育顺层挤压断层为特征(图1),发育多组裂隙。在2 615～2 622 m(低高程)、2 748～2 760 m(中高程)及2 864～2 881 m(高高程)布置有3层勘探平硐,除高高程平硐(强卸荷深度40～50 m,弱卸荷深度80～90 m)及中高程(强卸荷深度20～30 m,弱卸荷深度一般60～80 m)的 PD04、PD10平硐具有相对较强的卸荷拉裂外,中高程其他平硐和低高程(强卸荷岩体极少,近硐口一般为弱卸荷岩体)仅浅表部有强度不大的卸荷拉裂变形,其卸荷方式主要为顺坡陡、缓倾角裂隙的台阶状滑移拉裂型[9]。

图1 两河口水电站右坝肩边坡工程地质平面图Fig.1 Geologicalmap of the right abutment slope at Lianghekou Hydropower Station

3 氡气测试成果分析

两河口水电站右坝肩边坡不同高程平硐氡气RαA脉冲值随硐深变化曲线如图2～4所示,氡气脉冲值变化有如下特征:

图2 高高程平硐氡气脉冲值随硐深变化曲线Fig.2 Curve of the radon impulse value to the dep th of the adit at high elevation

(1)边坡浅表部一定深度范围内(卸荷带)均具明显的高氡异常特征,高氡异常深度范围与边坡强卸荷带具较好的对应性;强卸荷带以里氡气脉冲值迅速降低并趋于平稳。如PD18平硐强卸荷带深度为49 m,浅部56 m范围内拉张裂隙发育,岩体破碎,结构松弛,氡气脉冲值可达30～100,局部裂密带处大于180,弱卸荷带及其深部氡气脉冲值一般小于10(图2d、表1);PD30平硐强卸荷带深度为40 m,浅部36 m范围内可见较高氡异常特征,氡气脉冲值最高达32个单位,以里弱卸荷带及其深部氡气脉冲值一般小于2(图3b,表1)。

图3 中高程平硐氡气脉冲值随硐深变化曲线Fig.3 Curve of the radon impulse value to the dep th of the adit atmiddle elevation

(2)随着高程的增高,边坡浅表部高氡异常深度范围及其高氡异常值具增大的趋势,这与高程增高边坡岩体卸荷深度及强度增大相对应。高高程PD32、PD16及 PD18平硐浅表部高氡异常深度范围均大于55 m,且浅部高氡异常RαA均值均大于33,个别氡气脉冲值达180个单位(图2、表1);中高程边坡浅表部高氡异常深度范围一般小于20 m,高氡异常值一般为10～20,最大达32个单位(图3、表1);低高程边坡卸荷带内除断层外,高氡异常特征不明显。

(3)受边坡卸荷方式影响,弱卸荷带内相对集中卸荷拉裂部位亦具明显的高氡异常特征。如PD04平硐弱卸荷带内桩号45 m、70 m、87～92 m及97 m等相对集中卸荷拉裂部位均出现了明显的高氡异常特征,高氡异常脉冲值大者达60～200个单位(图3e)。

图4 低高程平硐氡气脉冲值随硐深变化曲线Fig.4 Curve of the radon impulse value to the dep th of the adit at low elevation

表1 边坡浅表部氡异常深度及其RaA均值Table 1 Radon-anomaly dep th and itsmean RaA in superficial partsof the slope

(4)断层及错动带往往可见高氡异常特征,尤其是在卸荷带内的断层,高氡异常特征明显。如高高程PD06平硐桩号96 m陡倾坡外错动带氡气脉冲值急剧爬升达175个单位;PD16平硐强卸荷带内桩号38 m陡倾断层高氡异常值达129个单位;低高程PD02及PD20平硐近硐口卸荷带陡倾断层高氡异常值达60～142个单位。另外,边坡深部顺层断层或错动带高氡异常特征不明显,这可能与边坡深部断层挤压紧密、影响带不明显及氡气测试均在断层两侧完整岩体中进行有关。

4 结论

两河口水电站右坝肩边坡岩体的氡异常特征与斜坡岩体的卸荷密切相关,强卸荷带岩体结构面发育,岩体破碎,结构松弛,一般表现出较为明显的高氡异常特征,弱卸荷带及其深部氡气脉冲值迅速降低并趋于平稳;边坡卸荷强度愈高,高氡异常深度范围及高氡异常值愈大。氡异常特征也受边坡的卸荷方式影响,边坡集中卸荷拉裂部位高氡异常明显,卸荷带内的顺坡陡倾角断层及裂隙往往为集中卸荷的控制性结构,多表现出高氡异常特征。断层及错动带往往可见高氡异常特征,边坡深部某些顺层挤压断层或错动带由于挤压紧密、影响带不明显,高氡异常特征不明显。

上述认识对边坡岩体卸荷分带性研究具一定的实际意义[10]。

[1] 王运生.测氡在区域构造稳定性研究中的应用[J].山地学报,2002,20(4):505-508.

[2] 周雄华,王小群,刘华军,等.氡气测量在工程地质中的应用[J].铀矿地质,2004,20(1):45-50.

[3] 卢焱.用RaA测氡法评价广东三水北部断裂展布及CO2气田远景[J].长春地质学院学报,1997,27(2):240.

[4] 卫宏,王兰生.斜坡卸荷岩体的氡异常特征[J].岩土工程学报,2004,26(4):569-570.

[5] 刘华军,李天斌,沈军辉,等.氡(RαA)测试技术在某岩质边坡卸荷深裂缝带研究中的应用[J].中国地质灾害与防治学报,2004,15(1):107-111.

[6] 贾文懿,方方,周蓉生,等.理想条件下氡及其子体运移规律研究[J].成都理工学院学报,1999,26(1):34-37.

[7] 贾文懿,方方,周蓉生,等.氡及其子体向上运移的内因与团簇现象[J].成都理工学院学报,1999,26(2):171-175.

[8] 陈建民,朱宏任,汪成民,等.鲜水河断裂断层气观测研究[A].见:汪成民,等.断层气测量在地震科学研究中的应用[C].北京地震科学出版社,1991:63-66.

[9] 沈军辉,等.雅砻江两河口水电站枢纽区工程边坡稳定性研究报告[R].成都理工大学档案馆,2008.5.

[10]沈军辉,张进林,徐进,等.斜坡应力分带性测试及其在卸荷分带中的应用[J].岩土工程学报,2007,29(9):1423-1427.

RADON ANOMALY IN THE RIGHTDAM-ABUTM ENT SLOPE AT L IANGHEKOU HYDROPOWER STATION

Jia Liu-jie1,Shen Jun-hui2,Zhang Zhi-feng2,Gu Tao2
1.Communication Surveying&Design Institute,Sichuan Provincial Communication Department,Chengdu 610017,China;2.State Key Laboratory of Geohazard Prevention and Geoenvironment Protection,Chengdu University of Technology,Chengdu 610059,China)

Radon gas tests are taken on the rock masses in the right dam-abutment slope at Lianghekou Hydropower Station.Based on these tests,this article draw s curvesof radon impulse value to dep th of each adit at different elevations and analyzes the co rrelation of unloading strength and unloading way w ith radon anomaly.The results reveal that,w ith higher strength,radon becomesmore anomalous,and the anomaly extends deeper and w ider.Radon is highly anomalousat the tension fracturesof concentrated unloading,faults and dislocation bands w hile it is no t distinct deep inside the slope.

Lianghekou Hydropower Station;slope rock-mass;unloading strength;radon anomaly

X830.7

A

1006-4362(2011)02-0107-04

2010-09-09 改回日期: 2010-10-13

贾留杰(1982- ),男,硕士,地质工程,主要从事地质勘察与边坡稳定性的研究。