综合地球物理方法在电厂水文地质勘察中的应用

易俊

摘要：通过地球物理方法进行水文地质勘察，可以初步掌握滑坡地水文地质特性及潜在滑动面，以提高边坡防灾的效果。本文以位于湖南某规划电厂厂址为研究区域，首先通过地质钻探与岩心判断，了解研究区域的地层特性;然后根据地球物理测井及地电阻率影像剖面法确定地下含水破碎带位置，以辅助钻孔确定地下水相关参数。

关键词：地球物理;水文地质;勘察

1 引言

近年来，在分析滑坡的潜在滑动面与地质构造方面有许多地球物理探勘的技术可供研究人员选择，并可将其分为侵入式探勘以及非侵入式探勘两种方法。其中，侵入式探勘为使用地工技术在地层中钻设井位，并通过岩心钻探数据分析其地质特性与判断潜在滑动面的可能位置。此方法的优势为能取得岩心钻探数据，分析受滑坡影响的特定地层其力学及水力特性等真实讯息。然而钻井工程成本高昂且存在诸多限制，因此在钻井结束后时常辅以各类型测井方法，将各式探针降入井底，在吊放或拉提的过程中实施测井，而后利用探针回传的记录（如电阻值、声波速度、自然放射线强度等）与岩心数据互相比对完善地层数据。测井所使用的地球物理原理主要包含电学、放射性及声波等学理，现今常使用的方法则有自然电位测井、电阻测井、井径测井、自然伽玛测井及声波测井等方法。

2 项目概况

本文以湖南某拟建电厂厂址为研究对象，其位湘江集水区，属于急水溪流域的水库次集水区范围内，为最上游处。研究区域地表高程约介于505-565 m之间，属于低海拔的丘陵地形，高程由北向南减缓。通过天眼查查阅2005年至2015 年间多期的卫星影像，发现研究区域近年来因受到多次强降雨，自2011年后滑坡地逐渐显露，至今滑坡范围已达10公顷左右，其中涵盖上游支流的来源侵蚀范围。

该场地裸露的地层主要以泥质砂岩、砂质页岩及厚砂岩为主。此外，在地质构造部分，滑坡地南侧有横移断层通过，因地质构造分布较密集且向斜与背斜构造亦相当发达，故使得区域内地形崎岖陡峭。地层位态明显受断层与褶皱等地质构造扰动影响而变化相当大，可能会造成该区域地质相当破碎且软弱。故本文将对地质钻探、测井及地电阻率剖面等技术进行分析，以厘清滑坡地的地质环境。钻探位置位于上边坡两处支流至下边坡尽头陷落点位，共规划4孔地质钻探调查，每处钻孔的钻探深度分别为20m、30m、30m及20m，总共施钻长度为100 m，并在达到预定深度的裸孔条件下，完成BH-02 及BH-03 的孔内测井试验。另外，为了能具体了解滑坡地的地层分布，场地共布置3 条地电阻影像剖面测线，如图2-1所示。

3 研究方法

3.1 地球物理测井

孔內地球物理测井调查系将电测仪置于钻孔或试验井中，并在吊放或拉升的过程连续测录各种地球物理信号，其应用早期以资源探勘为主，近年来测井也陆续开始投入至地下水、工程地质及岩石力学等相关调查中。使用英国RG公司生产的电测仪可记录的信号包括正常态电阻率、单点电阻、自然伽玛（γ）射线、自然电位等，其探测结果随深度并以柱状曲线图表示，通过不同信号的交互比对，可用来分析地层的细部构造、判断地层渗透或蓄水层位置、推估地层孔隙及其强度、界定地层岩性分布及裂缝位置等，如进行多孔调查时更可通过各钻孔探测成果的结合将分层剖面描绘。

3.2地电阻影像剖面法

由于地电阻影像剖面可探测滑坡地地层构造情形、断层位置、岩性等，且地电阻探测对于地层中可能含水层分布情形，亦能提供可靠的信息，故采用地电阻影像剖面法辅助调查研究区域的地质构造位态及地下水分布。地电阻探测方法需布置测线，布设电流极及电位极，由放电电流与电位差的关系，推算得出测线地层的等视电阻剖面图，再配合地表地质调查、地质钻探成果、地下水观测成果或其他探测成果，加以综合解析地电阻探测结果，可分析崩积地层构造、含水层位置或地层异常处的范围及位置。

4数据分析及判断

4.1测井结果判断

BH-02钻孔电测的实际调查范围为2.5～30.0 m，其信号随深度变化如图4-1所示，测录结果显示本孔电阻值偏低，介于10～40 OHM-M间，分析本孔地层材料颗粒甚为细致，而自然伽玛射线则介于60～130 CPS 间，其中在1～4m 及26～30m 明显提升，电阻则陡降，说明区段系以具高放射性的页岩或断层泥为主，此现象与声波振幅反射信号的结果相当，反观4～26m 信号反向，地层则以偏向颗粒较粗、泥质含量较低的砂岩为主，但此区段信号呈现明显的震荡，证明区段砂岩较不均质，层间仍常有夹泥或砂页互层的现象。

4.2地电阻率结果判断

依据区域地质调查报告及地方志所述，本滑坡地东侧岩性主要为页岩、砂质页岩及泥岩，西侧地层岩性主要为泥质砂岩、砂质页岩及厚砂岩，南侧近断层。另由BH-01～BH-04 钻探结果，显示表土层主要为土壤、岩屑及岩块，下部为砂岩层。由以上数据及依据R1～R3 测线地电阻影像剖面电阻率推论，造成其电阻率差异可能因素计有：（1）不同的岩性造成明显高低电阻率差异。（2）同一岩性地层中有明显高低电阻率存在，显示相同岩性地层因其破碎、含水量改变或地层错动造成电阻率改变。（3）地质构造单纯电阻值渐变或相同。（4）崩积材料造成上下电阻值差异。（5）地层非水平层，扩大地层的不均性，使得同一地层因不同方向的测线而有不同的电阻率。根据钻探资料及孔隙率愈大含水量愈高的理论，本研究判断R1及R3 探测剖面的解释如下：

（1）R1 剖面（图4-2）

表土层为很薄的土壤及岩屑层，推估在1m 内，因此剖面上无法显示，但在剖面0 m〜16 m 及36 m〜46m 电阻率大部份介于25Ω-m〜200Ω-m，厚度<5.5 m，分析为崩积岩块。下部砂岩层，剖面0～36 m，厚度0 m〜5.8 m，电阻率<20Ω-m，分析为破碎或节理发达砂岩层，再下方电阻率介于20Ω-m〜30Ω-m，分析为砂岩层;剖面36～62 m，电阻率<15Ω-m，分析为破碎或节理发达砂岩层。

（2）R3 剖面（图4-2）

剖面0 m〜11 m 电阻率介于40Ω-m〜100Ω-m，厚度1.9 m〜6.2 m，分析为崩积岩块，剖面11 m〜66 m，电阻率介于20Ω-m〜60Ω-m，厚度0.6 m〜5.2 m，分析为土壤及岩屑层。下部砂岩层，电阻率<20Ω-m，分析为破碎或节理发达砂岩层。

5结论

在选择该拟建电厂厂址时，通过地质钻探与地球物理方法，掌握及了解了滑坡地的水文地质特性与潜在可能滑动面。经勘察表明地表下深度约18.3 至26.5 m处，有厚度2～3m的断层泥分布;经归纳总结各种调查成果可推测，地表下深度约18.3 至26.5m处，分析为滑坡潜在的可能滑动面分布位置，进而可提供后续地表与地中监测及地下水位等监测的参考，以便更好的进行厂址规划和更合理的进行经费配置。

参考文献：

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