综合物探方法在库区渗漏通道勘探中的应用_陆才昆.pdf

广西水利水电 GUANGXI WATER RESOURCES&HYDROPOWER ENGINEERING 2023（2）1工程概况1阳朔县浑水塘水库位于广西桂林市阳朔县福利镇道山村东部约900 m处，处于浑水塘支沟源头，距离阳朔县约10 km。水库主要任务是灌溉下游约3000亩农田，同时为青鸟村、大井头村、道山村提供人饮供水，远景待福利工业园区建设后转为工业园区应急备用水源。水库位于道山村东北侧马屁股山前的洼地内，通过堵塞洼地的岩溶渗漏通道并在洼地南侧低垭口筑坝，利用现有的洼地做库盆，同时将西北侧约1 km处石盘胆引水区内的水通过引水隧洞引入库盆。坝址区山顶高程为 340590 m；洼地地形平坦，高程为156159 m，洼地平面呈椭圆形，长约300 m，宽约125 m，西南侧为一垭口，宽1540 m。左岸高程 160185 m 范围内坡度 2025，高程185245 m范围内坡度2530，高程245 m以上坡度近垂直；右岸高程 160220 m 范围内坡度 2025，高程220260 m范围内坡度2530，高程260m上坡度近垂直。由洼地向两侧分水岭逐级升高，地表植被较茂盛。下游侧孤峰平原的高程为115136 m，总体地势是东北高西南低。水库四周山体较为雄厚，山势陡峭，地形封闭。库区出露地层为泥盆系上统（D3）灰色夹肉红色薄巨厚层及块状灰岩和含泥灰岩，细晶及假鮞状结构，质纯，喀斯特发育。第四系（Q）分布于洼地、垭口及沿岸山坡，由残坡积层（Qedl）和洪积层（Qpl）组成。残坡积层（Qedl）：主要为含碎石黏土、黏土，褐黄色，稍湿，硬塑状，分布于两岸山麓地区，厚06.0 m，局部溶蚀裂隙发育处覆盖层较厚；洪积层（Qpl）：主要为粉质黏土，偶夹漂卵砾石层，褐黄色，结合物探及钻探成果，洼地内覆盖层厚 1.215.1 m，平均厚度约8.2 m，同时在溶洞洞穴内存在厚1.05 m的粉质黏土层。库区岩溶发育，落水洞和漏斗主要发育在洼地内、马屁股山山脚和库区右侧山腰上。落水洞及漏斗都是沿着岩体中的溶蚀裂隙发育形成，在断层及裂隙展布方向往往形成串珠状漏斗及落水洞。2测线布置及物探工作技术勘探渗漏通道的发育方向及埋深首先需要勘探库周岩溶发育情况及库区地下水的大致流向，为此沿库周布置物探剖面，在库区右侧山腰上布置井字型剖面探测各落水洞的补给和排泄的大致流向，在洼地西侧垭口处布置剖面勘探岩溶发育情况，判断水库蓄水后库水是否会通过此处流向库外。综合物探方法在库区渗漏通道勘探中的应用陆才昆(广西水利电力勘测设计研究院有限责任公司，南宁530023)摘要浑水塘水库地处石灰岩地区，库区三面环山，岩溶发育；雨季库周地表水汇集从坝址处排泄，地下水排泄不畅时，水从天窗溢流而出。该水库拟通过筑坝拦截库周地表水流及封堵渗漏通道蓄水成库，为建库蓄水成功须查明渗漏通道的发育方向及埋深。为此，采用包括大地电磁法、高密度电法、电磁波CT等在内的多种物探手段对库周岩溶发育情况及库区地下水的大致流向进行综合勘探，基本查明库区渗漏通道的发育方向及埋深，为库区防渗处理提供依据。关键词岩溶；渗漏通道；高密度电法；充电法；大地电磁法；瞬变电磁法；电磁波CT中图分类号P631文献标识码A文章编号1003-1510（2023）02-0022-05收稿日期2022-10-28作者简介陆才昆（1977-），男（壮族），广西南宁人，广西水利电力勘测设计研究院有限责任公司高级工程师，学士，主要从事水利工程物探工作。测量与地质 22DOI:10.16014/ki.1003-1510.2023.02.001广西水利水电 GUANGXI WATER RESOURCES&HYDROPOWER ENGINEERING 2023（2）在勘探过程中，针对浅部岩溶，采用高密度电法勘探，剖面主要布置在洼地内及坝址位置；针对深部岩溶，采用大地电磁法勘探，剖面主要布置在库周；为了探测地下水的联通情况，采用充电法判断地下水的流向；最后在打钻孔验证物探异常时，采用电磁波CT法判断两孔间岩溶的发育深度及延伸方向。物探剖面平面布置示意图见图1。图1库区物探剖面平面布置示意图3成果分析2，3结合地质资料对物探成果进行渗漏通道分析，鉴于物探剖面多，仅根据工作任务分工作方法对部分测线物探成果进行解释。对库周采用大地电磁法勘探库周岩溶发育情况来判断库区地下水的大致流向，对落水洞采用充电法探测地下水的联通情况来判断浅部地下水的流向，对洼地和坝址区采用高密度电法探测坝址浅部岩溶的发育情况，并对坝址区的钻孔进行电磁波CT探测判断两孔间岩溶的发育深度及延伸方向。3.1大地电磁法可行性研究阶段共布置了13条剖面，库区内见多处岩溶裂隙发育区，岩溶分三层发育。最具代表性的剖面是E10E10剖面，E10E10剖面沿库区右岸布设，与E6E6剖面近似平行，剖面长320m，E10E10剖面视电阻率等值线图见图2。分析图2，剖面探测深度范围内存在3处异常（编号Y10-1、Y10-2、Y10-3）。（1）剖面 72150 m 高程 13368 m 处异常Y10-1，电性特征是槽状低阻带里的闭合低阻异常体，与周围电性存在差异，推测此处岩溶裂隙发育，局部发育成溶洞。（2）剖面80160 m高程040 m处异常Y10-2，电性特征是槽状低阻带里的闭合低阻异常体，与周围电性存在差异，推测此处岩溶裂隙发育。（3）剖面232280 m高程152125 m处异常Y10-3，电性特征是等值线成凹槽状的低阻闭合异常体，视电阻率横向梯度变化明显，与周围电性存在差异，推测此处岩溶裂隙发育。3.2高密度电法可行性研究阶段共布置了2条剖面，初步设计阶段在洼地布置了4条剖面，布置的这几条高密度电法剖面基本查明了浅部地下水流经洼地从坝址区往下排泄通道的位置及埋深。其中G1G1剖面从库内洼地往坝址方向布置，G1G1剖面长295 m，G1G1剖面视电阻率等值线图见图3。分析图3，剖面探测深度范围内存在2处异常（编号G1Y1、G1Y2）。（1）剖面92115 m高程144129 m处异常体G1Y1，等值线呈开口状，中间夹有低阻闭合体，视电阻率纵向梯度变化明显，存在电性差异。推测此处异常是岩体破碎或是溶蚀裂隙发育的反映，局部发育成溶洞。（2）剖面202216 m高程128116 m处异常体G1Y2，等值线呈开口状，视电阻率纵向梯度变化明显，存在电性差异。推测此处异常是岩体破碎或是溶蚀裂隙发育的反映。3.3充电法初步设计阶段在库内n01落水洞附近布置了4条剖面（C1C1剖面、C2C2剖面、C3C3剖面和 C4C4剖面），供电电极 A 放在 n01 落水洞洞底，“无穷远”B极放在库外，4条剖面采用梯度法进行测量。在梯度法电位曲线图上，测试值极性转化图2E10E10剖面视电阻率等值线图23陆才昆:综合物探方法在库区渗漏通道勘探中的应用并在零值位置判断为异常体平面位置。4条充电法剖面推测n01库内落水洞的来水方向有两个，一个主要方向来自右岸，另一个方向来自洼地北东方向。最具代表性的剖面是C3C3剖面，C3C3剖面长50 m，测量极距MN为2 m，C3C3剖面梯度法电位曲线图见图4。分析图4，剖面3637 m之间出现零值点，零值点左右两侧出现极性相反的极值点，推测零值点的位置就是落水洞来水方向在地面的投影。3.4钻孔电磁波CT可行性研究阶段和初步设计阶段沿坝轴线布置了一排共9个孔，受限于孔间距，除了剖面最外侧的两对孔外，共对6对孔进行了孔间电磁波CT探测。6对孔分别是ZK201ZK202、ZK202ZK203、ZK203ZK116、ZK116ZK204、ZK204ZK110、ZK110ZK205，电磁波CT视吸收系数反演成果图见图5。分析图5，6对孔剖面勘测范围内存在5个明显的异常（编号QY1QY5）和7个较明显的异常（编号Y1Y7）。坝轴线的孔间电磁波CT成果与钻探吻合较好，查明了两孔间勘探深度范围内岩溶的发育深度及延伸方向。图3G1G1剖面视电阻率等值线图图56对孔电磁波CT视吸收系数解释成果图图4C3C3剖面梯度法电位曲线图24广西水利水电 GUANGXI WATER RESOURCES&HYDROPOWER ENGINEERING 2023（2）（1）剖面0131 m高程177128 m处一整片相对视高吸收区域Y1，推测是浅部岩体破碎以及岩溶裂隙相对发育的反映。其中存在3个强岩溶裂隙发育区QY1、QY2和QY3，推测局部发育成洞。QY1在剖面221 m高程166160 m处，QY2在剖面4782 m高程154139 m处，QY3在剖面87112 m高程47136 m处。（2）剖面05 m高程151149 m处相对视高吸收区域Y2，推测是岩体破碎或是岩溶裂隙相对发育的反映。（3）剖面3037 m高程147141 m处相对视高吸收区域Y3，推测是岩体破碎或是岩溶裂隙相对发育的反映。（4）剖面3140 m高程139135 m处相对视高吸收区域Y4，推测是岩体破碎或是岩溶裂隙相对发育的反映。（5）剖面130163 m高程180164 m处相对视高吸收区域Y5，推测是浅部岩体破碎以及岩溶裂隙相对发育的反映。其中存在一个强岩溶裂隙发育区QY4（剖面130140 m高程169167 m处），推测局部发育成洞。（6）剖面157176 m高程169162 m处相对视高吸收区域Y6，推测是岩体破碎或是岩溶裂隙相对发育的反映。（7）剖面173203 m高程173158 m处的相对视高吸收区域Y7，推测是浅部岩体破碎以及岩溶裂隙相对发育的反映。其中存在一个强岩溶裂隙发育区 QY5（剖面 193203 m 高程 168165 m处），推测局部发育成洞。4综合分析综合大地电磁法、高密度电法、充电法和电磁波CT的物探成果，结合地质资料从埋深、高程方面分析各条剖面的岩溶，查明了库周各深度的岩溶发育情况，查明区域地下水的流向及水库蓄水后的渗漏通道。库区内地下分水岭与地表分水岭基本一致，地下水主要由3条地下水通道从库区西北侧库周和右坝肩垭口流向库区内，通过库底经坝址区往下游排泄，同时西侧垭口处地下水位高于水库设计水位，西侧垭口处不会发生较大的水库渗漏。5结语综合物探可以利用多种手段，从纵向和横向同时圈定异常范围，可以低成本高效地解决工程建设中遇到的类似问题，可以为类似项目提供参考。（1）各种物探方法有其各自的适应性，同时存在勘探盲区和勘探深度下限，因此针对不同深度的目标体，利用各方法的特点选择物探手段。（2）库区岩溶发育复杂，有的分几层发育。对浅部的岩溶发育情况采用高密度电法进行高分辨勘探，对深部的岩溶发育情况采用大地电磁法勘探，两种方法优势互补，提高勘探精度，完成浅、深部全覆盖勘探。（3）充电法勘探深度和信号强弱受到供电电源和电极地表接地的影响，可以通过提高供电能量和处理地表减小接地电阻来实现提高信号强度和分辨率；在高密度电法和大地电磁法初步圈定异常的位置和深度后，孔间电磁波CT勘探可以高精度地分辨钻孔间岩溶发育情况，（4）多种物探方法综合运用完成分解的各个小目标，同时相互印证。参考文献1广西水利电力勘测设计研究院有限责任公司.广西阳朔县浑水塘水库工程初设报告R.南宁：广西水利电力勘测设计研究院有限责任公司，20202广西水利电力勘测设计研究院.广西阳朔县浑水塘水库工程（可行性研究阶段）物探报告R.南宁：广西水利电力勘测设计研究院，2018.3广西水利电力勘测设计研究院有限责任公司.广西阳朔县浑水塘水库工程（初步设计阶段）物探报告R.南宁：广西水利电力勘测设计研究院有限责任公司，2020.（责任编辑：窦波元）25陆才昆:综合物探方法在库区渗漏通道勘探中的应用Causes analysis and treatment measures for rocky slope sloughing atdam abutment of Nawei ReservoirLU Ying-shou(Guangxi Water&Power Design Institute Co.,Ltd.,Nanning 530023,China)Abstract:According to the excavation exposure of rocky slope at the right dam abutment of Nawei Reservoir,the author analyzed the causes for the sloughing occurred during slope excavation,calculated the stability of beddingrocky slope by rigid limit equilibrium method and finite element method,so as to provide basis for the abutmentslope design and support measures.Key words:Dam abutment;rocky slope;stability calculation;support;Nawei Reservoir（上接第 21 页）Application of comprehensive geophysical prospecting method inleakage channel exploration of reservoir areaLU Cai-kun(Guangxi Water&Power Design Institute Co.,Ltd.,Nanning 530023,China)Abstract:Hunshuitang Reservoir is located in limestone region.The reservoir area is surrounded by mountains onthree sides with karst developed.Surface water around the reservoir is collected and discharged from the dam site inrainy season.When the underground water is not drained smoothly,the water overflows from the skylight.It isplanned to construct dam to retain the surface water around this reservoir and close the leakage channel.Comprehensive exploration was conducted by multiple geophysical prospecting methods such as magnetotelluric method,high-density electrical method,electromagnetic wave CT etc.to investigate the karst development around reservoirand the approximate flow direction of groundwater in the reservoir area.The development direction and burial depthof the leakage channels were found out,which provide basis for seepage prevention in reservoir area.Key words：Karst;leakage channel;high-density electrical method;charging method;magnetotelluric method;transient electromagnetic method;electromagnetic wave CT26