水利工程论文-陇眼电站坝址区岩溶发育特点及勘探方法初探.doc

水利工程论文陇眼电站坝址区岩溶发育特点及勘探方法初探摘要通过广西大化县陇眼电站坝址区地质钻探成果，分析该地区岩溶发育特点，并参照类似工程的经验，探讨岩溶地区地质勘探应采用何种手段提高勘察精度。关键词陇眼电站岩溶地质测绘钻探高密度电法联合剖面法1工程概况陇眼电站位于大化县贡川乡陇眼村附近的平治河下游河段，距大化县城约32km，从大化县城至贡川乡为三级公路，贡川乡至陇眼村为简易公路，该电站利用原有水轮泵站坝址，改建为低水头径流式发电厂。坝址控制集雨面积1306km2，中心坐标东经107°42′，北纬23°43′。县电网供电线路距坝址最近为3.0km。平治河为红水河一级支流，发源于平果县的海城、同老乡一带，西东流向。流域面积1306km2，河流长63km，干流坡降2‰，多年平均径流量24.2m3/s，大化县境内河长仅4km。平治河在工程区呈明流和伏流交替出现状态。坝址上游1.2km，河水从多个岩溶通道汇流入坝区上陇眼村前，坝址下游650m水流又穿入地下溶洞，并于下游2.3km汇入红水河，汇合洞口距大化电厂坝址右岸上游30km。陇眼电站坝址上游来水洪水期受岩溶通道过流限制，正常过流不受影响。下游与红水河连通的排泄通道，经调查和勘察，尚未发现有滞洪的迹象。大化县陇眼电站主要建筑物由大坝及河床式厂房组成，设计坝型为砼重力坝，长50m，堰顶高程173.4m，最大坝高21m，水库回水高程177.4m，总库容约89万m3，拟装机容量为3630kW。坝址河段走向为北东向，较平直，河水从南西流向北东，河床比降约6‰，最低高程164.03m，左右两岸山头高程分别为532.5m及343.8m，与河床相对高差为368m及180m，河床两岸岸坡平均坡度为左岸35°右岸40°。河谷断面呈U字型，坝址两岸及其下游河床基岩出露，坝址河中及右岸为第四系冲积层覆盖，上部为粉质粘土，下部为砂卵砾石，最大覆盖厚度可达10m。坝址地层为石炭系下统岩关阶（C1y），上部为灰～深灰色薄层夹中厚层状灰岩，微晶～隐晶结构，含少量燧石结核，岩石脆硬。下部为灰～深灰色薄层夹中厚层状灰岩，含硅质结核，微晶～粉晶结构，局部见生物碎屑及砂碎屑结构，块状构造。岩石主要由方解石、石英组成，局部含有生物碎屑和凝块，该层主要分布在河床附近，层面附近含少量泥质，硅质呈结核状、条带状及薄层状展布，河床坝基一带局部地层硅质含量可达35，其岩石性质表现为颜色加深、脆硬、钻进困难，该层主要分布在河床附近。枢纽建筑物主要座落在岩关阶下部地层之上。2地质构造及岩溶发育情况2.1区域地质构造测区位于广西山字型构造前弧西翼的西侧，南岭纬向构造带之西段。据有关资料测区在地质历史发展过程中经历了晚古生代的东吴运动、中生代的印支与燕山运动、新生代的喜山运动。测区大地构造位于印支、燕山运动形成的北西向构造带榜圩背斜北东翼。榜圩背斜长约50km，宽15km，轴向大致320°，背斜轴部宽阔，岩层产状平缓，两翼较陡，并伴有次级褶皱，背斜轴部地层为泥盆系中统东岗岭组（D2d），两翼依次为泥盆系上统融县组（D3r），石炭系下统岩关组（C1y）、大塘阶（C1d），中统大埔组（C2d）、黄龙组（C2h）、二叠系下统栖霞阶（P2q）及茅口阶（P2m）。区内发育的区域性大断裂为歪光～局项断裂F1，该断裂长为35km，宽40～50m，切穿地层为D3r～C1d，断裂面总体走向320°，中部略向西南凸出，倾向NE，倾角35～75°，常显舒缓波状。断裂带由方解石化压碎岩、角砾岩、糜棱岩和方解石脉组成，为压性兼扭性断裂。2.2坝区地质构造及岩溶发育情况坝址岩层一般走向为280～290°，倾向上游偏右岸，倾角一般为8～15°，岩层走向与坝轴线夹角37～47°。受北西向区域断裂构造的影响，局部岩层产状异常，并伴生北西向及近东西向节理裂隙的发育，以走向350°及走向305°两组裂隙最为发育，坝线两岸岩体裂隙频率一般为4条/m，裂隙面均见有方解石充填。坝区地层属碳酸盐岩类，岩溶作用以水平方向为主，溶洞多呈层状发育，坝址岩层中夹薄层～中厚层状硅质灰岩，灰岩纯度较低，溶蚀作用相对较弱，坝区内岩溶现象主要为溶蚀裂隙及溶沟溶槽，未发现大的岩溶管道存在。规模较大的溶沟发育在坝线右岸一带，深度在5m左右。坝区地质钻探结果表明，坝轴线内岩溶不甚发育，仅在坝轴线河中钻孔ZK02、ZK03及坝线下游钻孔ZK10钻孔钻遇溶洞，高程在157.6～160.9m，溶洞高0.2～0.6m，与上下游水体有一定连通性，ZK02钻孔在钻遇溶洞时，钻孔内回水从下游左岸坝脚不远处排出，ZK03钻孔在钻遇溶洞时，孔内回水即产生负压，漏水量较大，ZK10钻孔在钻遇溶洞时，孔口即出现冒水，冒水量3L/s左右，具有承压性质。高程在157m以下的基岩节理裂隙一般为方解石及泥质充填，吸水率一般为2.1～12.7Lu。坝址地下水主要为岩溶裂隙水类型，存在于基岩浅部风化节理裂隙及溶蚀裂隙中。含水层具承压现象，且呈层状、片流形式分布，发育深度在13m以内，最大管道高度0.6m，规模不大，具有在水平方向较发育之特征，因此存在小规模的绕坝基管道式漏水。3勘探方法探讨陇眼水电站下伏基岩为石灰岩夹硅质岩，坝轴线一带岩层表现为上软下硬，近地表部分灰质较纯，硬度较低，溶隙相对较为发育，下部基岩硅质含量相对较高，硬度较大，节理裂隙已被充填胶结，其强度能满足设计要求。在这里主要的工程地质问题是，受区域性大断裂的影响，坝址区基岩裂隙较为发育，也将伴随着岩溶的发育，加上坝区处于断层影响带，右岸陇眼村一带洼地中常见有落水洞、溶洞及漏斗等微地貌发育。所以，查清坝址区岩溶发育，即溶洞溶隙的空间展布及其管道连通情况等成为此次勘探的主要内容。由于陇眼电站为低坝，勘探经费有限制，勘探孔不能布得过密，这样就给地质勘探带来一定的难度。因此，选择一种经济有效的的勘探方法是十分必要的，下面就陇眼电站地质勘探方法的选择作简单探讨。3.1地质测绘及水文地质调查工程测区为石灰岩地区，地表岩溶发育，通过地质测绘及水文地质调查，近坝库区水文地质条件复杂。地下河、落水洞、岩溶泉眼、地下水均受岩性、地质构造、岩溶地貌的制约，并具备各向异性的水文地质特点。甘皮至东岩和刁灯至陇眼上地下河均沿北西向F1断层发育断层的西盘分布有很多的落水洞、伏流出口及漏斗，地下水流向均受北西向F1断层的制约其说明F1、F2压性断层具有隔水或阻水的作用。3.2金刚石钻具钻探陇眼电站坝址区基岩呈软硬相间，硅质含量大的灰岩其硬度变化明显，开始时没有采用金刚石钻具，钻探岩芯获得率很低，有的根本取不上岩芯，采用金刚石钻具后，岩芯获得率高，岩芯一般呈柱状。经分析，开始钻探时取不上岩芯主要由于机械破碎造成，因此，在软硬相间地层中应采用金刚石钻具钻探以提高岩芯获得率。3.3物探勘察物探是用物理方法来勘探地下岩层的分布特征的一种手段，是水利水电工程地质勘察的重要方法之一，若能充分发挥工程物探的作用，可加快勘测速度，提高勘测质量，节约勘测成本。它是根据地下岩层在物理性质上的差异，借助一定的装置和专门的物探仪器测量其物理场的分布状况，结合有关地质资料推断出地下一定深度范围内地质体的分布规律，为解决有关地质问题提供重要依据。高密度电法是集电剖面和电测深为一体，采用高密度布点，进行二维地电断面测量的一种电阻率法勘查技术，它通过一定的装置自动采集数据，经计算机处理后绘制出地电断面图，为推断地质剖面提供依据。联合剖面法是由两组三极装置联合进行探测的一种视电阻率测量方法，具有分辨能力高，异常明显的优点。是追索构造破碎带、地下暗河的一种主要手段。根据勘察要求，在拟建电站坝址东面、东南面和南面采用高密度电法和联合剖面法作为勘察手段，以了解该地的岩溶裂隙发育状况。高密度电法点距2米，采用对称四极装置作连续断面扫描测量联合剖面法点距5米，供电极距采用65米和50米两种，测量极距10米。岩溶发育主要判断依据为首先将联合剖面法视电阻率ρs曲线的低阻正交点和同步低阻点初步判断为反映岩溶发育的异常点，然后采用高密度电法在这些具有异常的剖面上作连续断面扫描测量，并在异常区加密测线测量，以追索异常的走向及展布规模。物探勘察结果⑴陇眼地下河的分水岭与地表分水岭基本一致，与坝址东面和南面的地下水相连的可能性不大。⑵推测1号季节泉为测区南西面地下水顺层径流排出而形成，与陇眼地下暗河及平治河陇眼电站坝址上游存在水力联系的可能性较小。⑶坝址东面和南面各有一条岩溶发育破碎带，该岩溶带发育较浅，规模小。⑷物探勘察测线所经过的地段显示的岩溶发育多以顺层为主，垂直层发育较浅，且规模小，没有发现地下河存在的曲线异常。4结语陇眼电站受区域断层的影响，裂隙及岩溶较为发育，且地下的地质情况多变，从地形地貌难以对其岩溶在各个方向发育特征作出推断，采用多种手段进行勘探，钻探揭示了坝址区勘探深度范围内岩溶垂向的发育情况，物探又基本摸清了坝址区及近坝库区岩溶水平向的展布规律，因此，我们对该区的岩溶发育形态及特点有了较全面的了解。通过陇眼电站的地质勘察，笔者深刻地认识到在岩溶地区进行小水电站勘察时，首先，要从地质测绘和水文地质调查着手，分析其地质构造特点及其岩溶发育情况，推测其存在的主要工程地质问题，然后选择适合的勘探方法，所选的勘探手段，要根据测区的实际情况，有目的地选择，既要考虑技术可行，又要考虑经济合理。对小型水电站工程，由于勘探经费限制，尤其是岩溶地区的地质勘探，采用多种勘探方法的组合，由点到面层层铺开，使其勘探面广，探测深度大，能起到事半功倍的作用，如有条件再辅以钻孔声波测井和跨孔电磁波透视等物探手段，地质与物探、钻探等各专业之间密切协作，使物探资料的解释更加准确，地质勘察质量将大为提高。