EH4在探测西藏某水电站坝址深厚覆盖层中的应用

2014-02-18郝忠友楚少义杨嘉明

水利规划与设计 2014年2期

郝忠友楚少义杨嘉明

郝忠友楚少义杨嘉明

（中水东北勘测设计研究有限责任公司吉林长春 130062）

深厚覆盖层探测是水利水电工程勘探中的一项重要的内容。地震勘探（折射法、反射法）、常规电法是探测覆盖层最重要、最有效的方法，但受覆盖层深度和地形的影响较大。近年来由于地震使用的炸药震源越来越难以解决，地震和常规电法在解决深厚覆盖层探测中逐渐退出工程物探的使用。EH4大地电磁仪是从美国引进的大地电磁测量系统，主要解决40～700m范围内的地质勘探问题，尤其解决深部构造效果较好，避免了受地形的限制。生产实践表明应用EH4大地电磁测深反演电阻率剖面是解决深厚覆盖层的有效勘探方法。

覆盖层勘探大地电磁测量

1 引言

覆盖层是指经过各种地质作用而堆积在基岩上的松散堆积物，通常经过多次沉积而成。其物理性质与沉积成分、厚度、含水程度等有关。工程物探探测覆盖层主要是利用覆盖层介质与基岩的弹性波差异、电性差异、电磁性差异。对于覆盖层较薄，应用地震波折射法、浅层反射法、电测深法和电剖面法、高密度电剖面法探测覆盖层的厚度，划分基岩的构造均有较好的效果，但存在以下缺点：受地形、地物的影响较大，勘探深度浅，工作量大，工作效率较低。因此，遇较厚的覆盖层或有一定规模的低阻覆盖层时，上述方法就难以取得理想的勘探效果。EH4系统的音频大地电磁法（AMT）的工作原理，是基于麦克斯韦方程组完整统一的电磁场理论基础，利用天然场源，在地表探测目标体的同时测量相互正交的电场分量和磁场分量，然后用卡尼亚电阻率计算公式得出视电阻率。根据大地电磁场理论可知，电磁波在大地介质中穿透深度与其频率成反比。当地下电性结构一定时，电磁波频率越低穿透深度越大，能反映出深部的地电特征；电磁波频率越高，穿透深度越小，则能反映浅部地电特征。本方法在西藏某工程深厚覆盖层及深部构造的勘探中就取得了良好的效果。

2 某水电站工程概况和物性特征

2.1工程概况

某水电枢纽工程地处拉萨河流域中游，扼拉萨河干流至热振藏布和乌鲁龙曲、扒曲两条支流的汇合口。坝址位于西藏自治区林周县某乡下游1.5km，距拉萨市直线距离63km。坝址控制流域面积16370km2，年径流量62.48×108m3。

水电枢纽工程的开发任务以灌溉、发电为主，兼顾防洪和供水。水电枢纽正常蓄水位4095m，水库总库容12.3×108m3，电站装机容量160MW，电站年发电量为5.38亿kW.h，设计灌溉面积4.47万hm2，工程规模为大（1）型Ⅰ等工程。

2.2坝址区地形地貌、工程地质概况及物性特征

2.2.1 坝址区地形地貌

坝址区属高山地形，谷底高程4027～4034m，两岸山顶高程5300m左右。右岸高程4060m以下坡度较陡，为50º左右，高程4060m以上坡度变缓，为30º左右。右岸山坡大部分基岩裸露，局部为混合土碎（块）石覆盖。左岸高程4240m以下为混合土碎（块）石覆盖，坡度较缓，为15º左右，高程4 240m以上基岩裸露，坡度大于45º。坝址区河流流向为SE向，河谷底宽约700m，河水面宽100～110m，水深1～3m。正常蓄水位4095m时，谷宽1020m，河谷呈不对称“U”字型。河床靠近右岸，右岸漫滩、阶地发育不完整。左岸漫滩发育，宽约550m，三级阶地明显，阶地前缘高出河水面分别为7、14和38m。

2.2.2 坝址区地质概况

坝址区出露的地层主要为白垩系上统林子宗火山岩组、燕山晚期侵入岩及第四系松散堆积层。由新至老叙述如下：

2.2.3 坝址区物性特征

通过以往资料分析和现场试验发现，坝址区地层从新到老电阻率具有逐渐增大的特征，白垩系上统火山岩组、燕山晚期侵入岩地层电阻率为高阻层，其值在800～3000Ω·m；第四系松散堆积层电阻率较低为25～800Ω·m。由此可看出，测区内岩性在垂向上存在明显的电阻率差异，从而为EH4大地电磁法探测基岩埋深提供了良好的地球物理前提。

3 EH4在厚覆盖层勘探中的应用

3.1测线的布置

在坝轴线两侧各50m分别布置1条测线，坝前测线BQ、坝后测线BH长850m。详见图1。

图1 某水利枢纽工程坝基补充勘察大地电磁法工作布置图

3.2工作方法

采用“十字型布极”方式进行张量测量（详见图2）。探测时两对电极及两根磁探头以测点为中心对称布设，其中Ex、Hy与测线方向一致（即坝轴线在地表的投影线），Ey、Hx与测线方向垂直。

电场采用带有电传感器的不锈钢电极接收，磁场采用BF-6高灵敏度磁探头进行接收，使用EH4连续电导率仪进行数据采集，点距25m，低、中、高频段采用5～15次叠加。

3.3测试成果分析

3.3.1 BQ、BH测线物性解释及地质推断解释

BQ测线、BH测线分别位于坝轴线的两侧，测线平行坝轴线布置，测线长度均为850m，测线上地形整体呈东北高西南低的形态，地形较缓，测线西南端有河水流过。

图2 测量装置示意

从反演电阻率断面图中可以看出，BQ线和BH线形态基本一致，电性特征横向分层明显，覆盖层表现为低阻特征，基岩表现为高阻特征。

BQ测线反演电阻率断面图见图3。电性特征分层明显，覆盖层反演电阻率一般在25～800Ω·m，推断解释为第四系崩坡积土、洪积土夹冲击漂流卵石的综合反映。其中低阻推测为富含水的堆积土或洪积土，总体表现为中间深、两端浅。深部表现为中高阻电性特征，反演电阻率一般高于800Ω·m，根据区域地质及实际钻探岩芯情况，推断解释为花岗岩（）的反映。

图3 BQ测线反演电阻率断面图

BH测线反演电阻率断面图见图4，电性特征分层明显，覆盖层反演电阻率一般在25～800Ω·m，推断解释为第四系崩坡积土、洪积土夹冲积漂流卵石的综合反映。其中低阻推测为富含水的堆积土或洪积土，总体表现为中间深，两端浅。深部表现为中高阻电性特征，反演电阻率一般高于800Ω·m，根据区域地质及实际钻探岩芯情况，推断解释为花岗岩（）的反映。

图4 BH测线反演电阻率断面图

3.3.2 坝轴线附近地质推断解释

由于坝轴线附近施工干扰严重，无法进行测量，又因BQ测线、BH测线平行坝轴线分布，因此，利用两测线的探测结果，推断坝轴线附近基岩埋深情况。

将BQ、BH测线首尾测点坐标，垂直投影到坝轴线上，对应坝轴线桩号为350～1175m。结合BQ、BH测线物探资料与坝轴线钻探资料综合推断坝轴线上基岩埋深如图5中虚线所示。中间基岩埋深较大，两端基岩埋深较浅，表现为小桩号端基岩顶板埋深变化较缓，大桩号端基岩顶板埋深变化较陡。坝轴线桩号780～840m之间基岩面高程为3610m，基岩埋深最大达420m，为坝轴线覆盖层最厚段，两端逐步变薄。根据区域资料推断，坝轴线基底为花岗岩（），地表覆盖层为第四系崩坡积土、洪积土夹冲积漂流卵石。