深厚覆盖层的探查

刘恒祥 郝忠友

(中水东北勘测设计研究有限责任公司，长春市 130062)

深厚覆盖层的探查

刘恒祥 郝忠友

(中水东北勘测设计研究有限责任公司，长春市 130062)

深厚覆盖层探测是水利水电工程中一项重要的内容，电测深、地震勘探（折射法、反射法）是探测覆盖层最有效的方法，但受覆盖深度和地形的影响较大，由于电测深的多解性及近年来地震使用的炸药震源越来越难于解决，地震和常规的电法在解决深厚覆盖层中逐渐退出工程物探的使用，EH-4大地电磁仪是从美国引进的大地电磁测量系统，主要解决40m至700m范围内的地质勘探题，尤其是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EH-4大地电磁测深反演电阻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；西藏旁多

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、电测法和剖面法、高密度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，但有以下缺点。

受地形、地物的形影较大，勘探深度浅，工作量大工作效率较低，因此遇较厚的覆盖或有一定规模的低阻覆盖时，上述方法就难于取得理想的勘探效果， EH-4测量系统是利用大地电磁测量的原理，西藏旁多水电站工程中应用 EH-4系统采用的就是音频大地电磁法（AMT）。其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，在探测目标体的地表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。利用不同的频率，可得到不同深度上的地电信息，以达到频率测深的目的,旁多工程深厚覆盖层及深部构造的勘探取得了良好的效果。

2 旁多水电站工程概况和物性特征

2.1 旁多水电站工程概况

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

旁多水利枢纽工程的开发任务以灌溉、发电为主，兼顾防洪和供水。

旁多水利枢纽正常蓄水位 4095m，水库总库容(12.3×108)m3，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67万亩。灌溉面积(67×104)亩，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，比高1270m左右。右岸高程4060m以下坡角较陡，为50º左右，高程4060m以上坡角变缓，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，坡角较缓，为 15º左右，高程4240m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7m、14m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）花岗岩（35γ）：灰白色，中粗粒结构，块状构造。岩质坚硬，抗风化能力强。与闪长玢岩呈断层和裂隙接触，与溶解凝灰岩呈熔融接触或裂隙接触。分布于河床、左岸漫滩和阶地底部及右岸泄洪洞进口山体处。

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，在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 EH-4大地电磁法在解决坝址区覆盖层及构造的应用

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旁多水利枢纽工程坝基补充勘察大地电磁法工作布置图。

3.2 工件方法

采用 “十字型布极”方式进行张量测量（详见图 2测量装置示意图）。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EH-4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 测量成果的分析

3.3.1 BQ测线、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，测线方向2400，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。

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（35γ）的反映。

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。

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项板埋深变化较缓，大桩号端基岩项板埋深变化较陡，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。

详见图5旁多水利枢纽工程坝基勘察坝轴线覆盖层物探地质推断解释图。

4 EH-4应用的结论

4.1 坝址区覆盖层结论

通过对布设在坝轴线两侧电磁法剖面的反演解释，推断了旁多水利枢纽坝轴线附近基岩埋深情况，并得出以下结论。

（1）坝轴线附近覆盖层电阻率一般小于800Ω·m，厚度一般为60～450m，岩性推断解释为第四系崩坡积土、洪积土夹冲积漂流卵石。

（2）坝轴线附近基岩电阻率一般大于800Ω·m，基岩埋深60～450m，岩性推断解释为花岗岩。

（3）通过对BQ、BH测线反演解释，推断坝轴线覆盖层厚度为 60～420m。小桩号端基岩变化较缓，大桩号端基岩变化较陡，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，呈中间深，两端浅的形态。

4.2 坝址区构造结论

对过两条剖面的对比解释，在坝址区顺河方向无大的构造通过，只深切的古河床发育，基岩埋深最大达420m。

5 建议及经验

（1）通过已知钻孔 bzk04对比测量，反演深度与钻孔揭露深度基本一致，建议对探测结果进行了验证，bzk03钻至314.5m未到基岩。验证了解释的准确性。对前期常规物探方法探查的结果由于深切槽的影响造成的误差。对坝址区地质情况的认识程度有了很大的提高。

（2）对于像西藏这样地质条件复杂的地区，除了正常物探方法外，要适量布置大地电磁等非常规的物探手段，以提高物探勘探的精度。

[1] 旁多水利枢纽工程技施设计阶段坝基补充勘察物探成果报告.中水东北勘测设计研究有限责任公司

[2] 水利水电工程物探规程SL326-2005

《水利水电工程建设征地移民设计规范》宣贯培训班在海口举办

2013年11月27～29日,水利水电规划设计总院在海口市举办了《水利水电工程建设征地移民设计规范》宣贯培训班，参加培训的有各流域委、重庆、湖北、湖南、河南、广东、广西、浙江、山西、山东、福建、河北、陕西、新疆、云南、贵州水利水电工程建设征地移民政府管理部门以及设计、建设管理单位的专家和代表140余人。

培训期间，水利水电规划设计总院陈伟副院长等主要起草人分别讲授了水利水电工程建设征地移民规划设计概论、征地移民安置有关法律、法规、征地移民设计规范主要内容、征地移民设计实例，并就有关问题与学员进行了交流。参加培训的学员通过了测评，并取得了良好成绩。

（崔忠波 供稿）

10.3969/j.issn.1008-1305.2014.01.014

TV221

B

1008-1305（2014）01-0039-04

刘恒祥(1969年～)，男，高级工程师。