高密度电法在九龙水库蓄水可行性论证中的应用

邱方胜

(河北省水利水电勘测设计研究院,天津　300250)

1　工程概况

拟建的云南省曲靖市沾益县九龙水库位于沾益县西平镇天生坝下村,在珠江流域源头南盘江上,距沾益县城东南3.0km,离曲靖市约13.0 km,是一座以农业灌溉、人蓄饮水等为主,兼有下游防洪的小(1)型水利工程。

九龙水库设计坝顶高程为1 930.0 m,坝顶宽6.0 m，长240.0 m,最大坝高48.0 m。水库蓄水后坝前水位抬高33.0 m左右,库长约5.2 km,库岸长13.69 km。从区域岩溶发育历史看,为滇东地区第三岩溶期,即南盘江岩溶期。库区处于溶隙发育带,岩溶形态以溶蚀裂隙为主,同时也存在一定规模的溶洞。对水库进行蓄水可行性论证成为水库可行性研究工作的前提。

配合地质勘察工作,在库区沿1 930.0 m高程进行了高密度电法工作,用以查明库区地质构造、岩溶发育程度及联通情况。

2　高密度电法理论基础

2.1　方法原理[1]

电阻率法勘探的原理是建立在欲探测的目标体与围岩之间具有电性差异的基础之上,通过高密度电法测量系统中的计算机软硬件,控制在同一多芯电缆上连接布置的多根电极,使其组成多个垂向测深点或多个不同探测深度的探测剖面,根据控制系统中选择的探测装置类型,对电极进行相应的排列组合,按照测深点位置的排列顺序或探测剖面的深度顺序,逐点、逐层探测,实现了自动布点、自动跑极、自动供电、自动观测、自动记录、自动计算、自动存储。通过高密度软件解释系统,进行正、反演计算,结合工程区地质及地球物理特征,就可以对地层、岩溶溶蚀区及其它不良地质体进行有效的地质解释。

2.2　仪器设备与方法技术

本次高密度电法勘探使用重庆地质仪器厂生产的DUK-2A高密度电法测量系统,道间距5 m,120道电极,温纳装置,供电电压360 V。测量过程中利用动态GPS系统对每根电极均进行了高程测量,在数据处理过程中利用高程测量结果对高密度电法测试数据进行了二维校正,以提高测试成果的可靠性。

高密度电法通过计算机软硬件技术，可自动控制、测量多根电极，使其组成多个垂向测深点或多个不同探测深度的探测剖面，兼具电剖面法和电测深的功能，数据采集密度大。通过正、反演计算，结合工程区地质及地球物理特征，就可以直观反映出地层、岩溶溶蚀区及其他不良地质体的分布情况。

3　地形、地貌及地球物理特征

工程区位于滇东高原,具有高原山地与断拗(陷)盆地相间的地貌特征。地形多为山地、丘陵及坝子组成,喀斯特地貌发育。工程区地势大致西北高东南低,由西北向东南倾斜。区域西北部海拔1 930.0～2 060.0 m,切割深度50.0～100.0 m,最大可达150.0 m,属中山区。

库盆坐落在中厚层的泥盆系上统宰格组D3z的灰岩,石炭系下统摆佐组C1b的白云岩、石炭系中统C2的骨屑灰岩、石炭系上统C3的白云岩化灰岩,二叠系下统梁山组P1l的页岩、砂岩、栖霞组P1q的白云岩地层上,岩溶层组类型为均匀状纯碳酸盐岩层组。库区地表岩溶形态非常丰富,主要有岩溶洼地(漏斗)、落水洞、岩溶塌陷、溶洞等。

工程区覆盖层、基岩、溶蚀发育区等有明显的电性差异,且各层具有一定厚度或规模,具有地球物理勘探前提条件。各主要地层岩性电阻率值见表1。

表1　主要地层岩性电阻率值

4　高密度电法应用效果分析

本次工作共计布设34条高密度电法测线,测线总长度16 340 m。根据高密度电法勘察原理及工程区地质及地球物理特征,资料解释时遵循以下原则:

对浅层近地表的低阻区解释为壤土层或壤土夹碎石层,为覆盖层,厚度一般较小。覆盖层下部的高阻值区为基岩。在高阻值区内的局部低阻或高阻封闭区为基岩内的封闭型溶蚀区,低阻型有粘土或地下水等充填物,高阻型未充填。电阻率呈明显分区或分层,推断为断层或地层岩性变化。

本次工作共推测出溶蚀性地质异常5处、地质断层1处。

4.1　溶蚀性地质异常实例

GZ1测线位于水库左岸坝线处,表层为壤土夹碎石层,深度在4～15 m左右,其下为灰岩。测线长度270 m处,深度为22 m左右区域的电阻率>2 000 Ω·m,推断为溶蚀区域。根据测线左侧相距10 m的地质钻孔钻探结果,深度16～22 m为溶洞,洞内无填充物,钻孔结果与高密度电法成果基本吻合。视电阻率断面解释推断成果见图1。

图1　测线GZ1视电阻率断面解释推断成果图

图2　测线GZ14视电阻率断面解释推断成果图

4.2　地质断层异常实例

GZ14测线位于水库左岸,测线开始至130 m段电阻率值较高,最高电阻率值1 500 Ω·m,该段为较完整岩石;测线140 m处,电阻率明显降低,从900 Ω·m降至250 Ω·m,推测此处为断层。经地质测绘和探槽开挖,此处为小哨逆断层Ⅰ-7,为一条逆断层,产状为走向NE20°～SW190°,倾向SE,倾角70°。断层上盘为宰格组灰岩,下盘为海口组砂岩,地层断距300 m,断层带宽约50 m,带内多为灰白、灰绿、黄褐色断层泥，开挖结果与高密度电法成果基本吻合。视电阻率断面解释推断成果见图2。

5　结论

通过采用高密度电法对云南省曲靖市沾益县九龙水库库区构造、岩溶发育程度及地质断层进行地球物理勘探,其结果证明该方法在岩溶发育区新建水库蓄水可行性论证工作中是一种有效的勘察手段,实际工作中应对地形起伏较大的剖面进行地形校正,以提高探测成果的精度。

参考文献:

[1]SL326—2005,水利水电工程物探规程[S].