高密度電法在東屏水庫工程壩址區勘察中的應用

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規范布置鉆孔是水庫工程勘察最主要的技術手段,傳統鉆探方法能直觀的展示地下巖層的完整性情況,輔以孔內電視成像技術還能了解巖體節理的傾向、傾角等信息,但鉆孔分布與數量對工程勘察精度及勘測費用工期均有較大影響。當工程區地質條件相對復雜時,單一鉆探方法無法有效的查明地下不良地質體的空間分布情況,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。

1 測區地質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育,右岸下游有一條大沖溝發育。

測區基巖主要為侏羅系上統西山頭組(J3x)晶屑熔結凝灰巖,新鮮巖石致密堅硬,兩岸基巖基本出露,巖體風化不深,巖體完整性較好。測區覆蓋層主要為第四系全新統(Q4)沖洪積砂卵礫石層(al-plQ4)、殘坡積含碎石粉質粘土層(el-dlQ4)及第四系上更新統(Q3)沖洪積含泥砂卵礫石層(al-plQ3)、坡洪積粉質粘土夾碎石層(dl-plQ3)。壩址區未見區域性斷層通過,地質構造較簡單,節理裂隙不發育-較發育,兩岸自然邊坡整體穩定,工程地質條件較好。區內地下水主要由大氣降水和河水的直接滲入補給,并賦存在基巖裂隙中或第四系孔隙內,從而形成裂隙水和孔隙水兩種。

測區鉆孔揭露的地層自上而下主要為覆蓋層、風化基巖、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高阻特性,風化基巖電阻率稍低,巖脈電阻率與其類型有關,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研發中心開發的FlashRES64多通道超高密度直流電法成像系統,物探工作在下壩址區沿壩軸線方向平行布設測線四條(如圖1所示),經過數據預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域對應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ZKD108揭露為含磁鐵礦的巖脈電阻率響應特征,其寬度推測在12 m左右,傾向右岸,傾角約86°。巖脈兩側存在電阻率大于1 300 Ω·m的相對高阻區域,對應較完整的弱風化基巖,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,分為高低阻兩片區域,高阻區對應的砂卵礫石層,電阻率大于1 350 Ω·m,層厚約4 m～11 m。低阻區對應含泥砂卵礫石層,其電阻率小于1 350 Ω·m,最大厚度達28 m。弱風化基巖呈高阻,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。

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'異常區域補充布設了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構,巖石以斜長石為主,暗色礦物(角閃石、磁鐵礦)次之,斜長石呈半自形細粒,有泥化,磁鐵礦、角閃石呈半自形細粒,已綠泥石化。

3 結束語

(1)FlashRES64電法系統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)深部出現向下延伸的低阻異常帶,經鉆孔ZKD108驗證為含磁鐵礦物的閃長巖巖脈產生的電阻率響應,巖脈層面稍扭曲,呈平緩的V字型展布,總體走向為北西向,傾向南西,傾角約86°,推測寬度約11 m～12 m,驗證了高密度電法在隱伏地質體探測中的有效性。

本次勘察階段僅布設ZKD108鉆孔驗證,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采用井-地電法探測裝置探測。