張小強

（華北有色工程勘察院有限公司，河北石家莊050021）

西藏某尾礦庫巖溶地質(zhì)勘察技術(shù)多種方法的有效應(yīng)用

張小強*

（華北有色工程勘察院有限公司，河北石家莊050021）

對西藏某尾礦庫工程地質(zhì)勘察過程中針對巖溶的復(fù)雜及重要性，應(yīng)用地質(zhì)測繪、地球物理勘探、工程鉆探、井下電視等多種方法進(jìn)行勘察，取得明顯的效果進(jìn)行了描述，并闡述了巖溶勘察多種方法結(jié)合的必要性及勘察中應(yīng)注意的問題及建議。

巖溶；地質(zhì)勘察；測繪；物探；井下電視

1　概述

巖溶在我國分布十分廣泛，地表出露約120× 104km2，占全國面積的1/8。被埋于地下的則更加廣泛。主要分布在廣西、貴州、云南東部，其次，鄂西、湘西、四川東部、山西、河南和山東分布也十分廣泛［1］。由于巖溶在空間上發(fā)育的不均一性，造成巖溶地區(qū)的地質(zhì)情況非常復(fù)雜，對于在巖溶地區(qū)進(jìn)行建設(shè)帶來很大的難度，及潛在的危害，尤其是在高原礦山尾礦庫的建設(shè)中，地下巖溶的影響極其重要，巖溶發(fā)育形成的孔洞及地下水滲漏通道給地質(zhì)勘查工作帶來一定難度，因此在進(jìn)行巖溶勘察時，僅靠傳統(tǒng)的地質(zhì)方法（如槽探、坑探）難以得到滿意結(jié)果。一旦處理不妥，可能會帶來極大的損失，因此，了解巖溶地區(qū)的地質(zhì)狀況，查清地下巖溶的分布情況，為工程提供可靠的地質(zhì)資料至關(guān)重要。而合理的勘察方法也就成為人們所關(guān)注的問題。本文通過西藏高原某尾礦庫勘察中采用的多用勘察手段進(jìn)行整理、分析和研究，闡述了適用于巖溶地區(qū)工程地質(zhì)勘察的多種技術(shù)方法。

2　實際工程實例應(yīng)用

2.1地形地貌及地層

工作區(qū)區(qū)域上位于青藏高原東南角的金沙江與瀾滄江之間的寧靜山脈北段，屬于“青南藏東川西高原區(qū)”，地貌類型以高山構(gòu)造剝蝕地貌為主，構(gòu)造侵蝕—溶蝕地貌、侵蝕堆積地貌及冰川地貌次之。擬建尾礦庫位于礦區(qū)下游，為高山峽谷地形，勘察范圍內(nèi)海拔高程在4221.00～4409.99m間，相對高差188.99m。場區(qū)地層主要為第四系全新統(tǒng)沖洪積層（Q4al+pl），第四系全新統(tǒng)殘坡積層（Q4el+dl），三疊系上統(tǒng)阿堵拉組（T3a），三疊系上統(tǒng)波里拉組（T3b）基巖地層。地層分布情況如下：

（1）第四系全新統(tǒng)沖洪積層（Q4al+pl）。廣泛分布溝谷地表，主要以碎石為主，分布厚度0.8～18.3m不等。

（2）第四系全新統(tǒng)殘坡積層（Q4el+dl）。以粉質(zhì)粘土及碎石為主，主要分布于溝谷兩側(cè)緩坡地帶上部，垂直厚度1.0～12.0m。

（3）三疊系上統(tǒng)阿堵拉組（T3a）地層。以泥質(zhì)粉砂巖為主，夾薄層頁巖，厚度9.8～50m，主要分布于場區(qū)西邊山坡。

（4）三疊系上統(tǒng)波里拉組（T3b）地層。以灰?guī)r為主，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖溶較發(fā)育，分布于場區(qū)東側(cè)及尾礦庫下游大部分區(qū)域，地表多見溶蝕、溶洞分布。

2.2采用的勘察方法及達(dá)到的效果

勘察區(qū)地層巖性主要以灰?guī)r為主，根據(jù)前期水文地質(zhì)勘探資料，該區(qū)巖溶較發(fā)育，巖溶塌陷對壩基的穩(wěn)定性及庫區(qū)的滲漏影響巨大，因此應(yīng)著重查明該區(qū)的巖溶發(fā)育條件及規(guī)律（垂直及水平分布）、溶洞的分布及地下水滲透性、含水層分布和厚度等，調(diào)查區(qū)內(nèi)巖溶塌陷的發(fā)育情況。

根據(jù)現(xiàn)場實際情況結(jié)合前期在該區(qū)做過的工作資料的技術(shù)上，最終勘察手段采用了工程地質(zhì)測繪、物探、波速試驗、井下電視試驗、鉆探、井探等多種手段，取得滿意的地質(zhì)資料。

2.2.1地質(zhì)測繪

地表測繪的基本要求是在調(diào)查各種有關(guān)地質(zhì)要素的基礎(chǔ)上，查明場區(qū)巖溶現(xiàn)象分布與地下水的分布及運動情況，結(jié)合現(xiàn)場實際情況，通過路線法、追索法、布點法調(diào)查各種地質(zhì)界線、地貌界線、構(gòu)造線、巖層產(chǎn)狀等現(xiàn)象，主要包括：①地貌及地層巖性、第四紀(jì)、灰?guī)r露頭、地質(zhì)構(gòu)造、地表水、地下水及不良地質(zhì)現(xiàn)象的調(diào)查；②巖溶與非巖溶地層在水平和垂直方向上的分布和相互間隔情況；③根據(jù)各種天然存在及揭露水點的分布情況，區(qū)分它們是否與暗河系有關(guān)，通過連通試驗確定上流水流出露點以配合洞穴調(diào)查。④調(diào)查洞穴的形態(tài)特征及其和地質(zhì)構(gòu)造的關(guān)系，特別是頂板高度及結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀的測量，為研究巖溶的發(fā)育規(guī)律及頂板穩(wěn)定性分析提供資料。

2.2.2地球物理勘探

地球物理勘探是利用物體的不同物理特性來分別物體的，根據(jù)不同的物體特性有不同的物探方法，如電阻率法、電位法、頻率測深法、電磁法、聲波探測、放射性測井等。對于巖溶病害探測常常采用：高密度電阻率法、自然電位法、視電阻率、探地雷達(dá)。本工程場區(qū)根據(jù)地層巖性及勘察目的性采用了高密度電法進(jìn)行場區(qū)地下異常情況及溶洞的探測工作。超高密度電法屬于電阻率法，是一種剖面法和電測深法的組合式的勘探方法，對地電結(jié)構(gòu)具有一定的成像功能，是基于地層內(nèi)的目標(biāo)體與圍巖存在電性差異為前提的探測方法［2］。它是將直流電經(jīng)由地表供入地下，隨供電極距的加大電流場向地下的分布深度逐漸加大，目標(biāo)體與圍巖存在電性差異會被測量電極在地表捕獲，從而獲得目標(biāo)體在橫、縱方向上的電阻率值變化信息。

通過高密度電阻率擬斷面圖中對于空洞裂縫等隱患主要表現(xiàn)為高電阻率、低密度、低介電常數(shù)等［3-4］，對于軟弱層或軟弱體及滲漏通道主要表現(xiàn)為低電阻、低密度等［5］，利用高密度電法結(jié)合鉆孔資料可以更好地確定巖溶區(qū)第四系覆蓋層內(nèi)所存在的土洞位置及查明灰?guī)r區(qū)裂隙、巖溶的位置、形態(tài)、規(guī)模、充填性質(zhì)，并對勘察范圍內(nèi)裂隙、巖溶的發(fā)育狀況做出初步評價，為評價巖溶、裂隙對庫區(qū)的影響及后期巖溶治理提供基礎(chǔ)資料；確定軟弱層（溶蝕破碎帶）的位置及厚度。

2.2.3地質(zhì)鉆探

鉆探一直是地質(zhì)調(diào)查中最常用的方法，但所花費的時間較多。該種方法不僅可以明確所鉆位置及附近的地層情況，還可以進(jìn)行鉆孔的原位測試和利用鉆取的巖土芯做室內(nèi)測試，以便獲取更多、更準(zhǔn)確的巖土信息。除地形條件對機(jī)具安置有影響外，幾乎任何條件下均可使用鉆探方法。鉆探工作的目的是要了解一定深度范圍內(nèi)的巖溶發(fā)育情況，尤其當(dāng)?shù)乇頍o巖溶現(xiàn)象或有覆蓋層時，要在地質(zhì)調(diào)查和物探成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合工程要求去指導(dǎo)鉆孔布置。工程地質(zhì)勘察中使用的鉆探方法較多，因而要根據(jù)具體情況選用適宜的鉆探方法。在尾礦庫勘察階段，根據(jù)鉆探深度及灰?guī)r破碎程度及可能存在的溶蝕、溶洞，為了較能直觀觀察了解地下情況，鉆探過程中采用了泥漿護(hù)壁鉆進(jìn)，以防止塌孔，鉆探工藝采用反循環(huán)方法，較能原始地表現(xiàn)地下情況，并結(jié)合物探、波速明確巖溶發(fā)育程度及地層破碎程度。

2.2.4井下電視測試

聲波電視測井，是利用反射波測量井壁巖體結(jié)構(gòu)的測井方法。測井時，聲波探頭在井中旋轉(zhuǎn)，發(fā)射束狀聲波，經(jīng)井壁發(fā)射后，發(fā)射波為聲波探頭接收，將聲波信號轉(zhuǎn)換為圖像信息再將圖像信息傳回顯示屏輸出。直觀表現(xiàn)形式為井壁一周，按N-E-S-W-N方向的展開圖［6］，該圖能直觀地反映井壁的地質(zhì)情況。本次工程采用英國Robertson Geologging公司生產(chǎn)的HIRAT高分辨率聲學(xué)探頭和Micrologger2測井主機(jī)。該儀器可以實時顯示各種地層裂隙的原生狀態(tài)，記錄圖形，并通過Rgldipv6軟件進(jìn)行智能處理，自動計算出各個層面、裂隙的產(chǎn)狀，劃分軟弱層及破碎帶的發(fā)育深度。再通過聲學(xué)井下電視結(jié)果與鉆孔巖芯比照，以更加準(zhǔn)確地了解灰?guī)r區(qū)地下真實情況。

2.2.5其他手段

利用槽探對沿著破碎帶或者構(gòu)造線區(qū)域或分界線進(jìn)行施工，揭露覆蓋層及風(fēng)化層，查明地表露頭及淺層巖層裂隙產(chǎn)狀，以便于分析整體巖性分布規(guī)律及與地下巖層的一致性。

根據(jù)鉆探、井下電視及物探確定的地層巖性情況，針對含水層、破碎帶等地質(zhì)層進(jìn)行抽水、壓水、注水試驗，以測定巖層的滲透性，為評價巖層的滲透特性和設(shè)計滲控措施提供資料。

3　勘察需要重視的幾點

（1）由于高原地區(qū)氣候、地質(zhì)等各方面情況都比較復(fù)雜，因此，前期的準(zhǔn)備工作是十分重要的，尤其是工程前期預(yù)算及施工方案，必須要做的具體、詳細(xì)、合理。

（2）施工過程中，應(yīng)該嚴(yán)格按照要求進(jìn)行，現(xiàn)場的管理及施工工序必須依照方案及現(xiàn)場實際情況結(jié)合開展，做好協(xié)調(diào)工作，杜絕重復(fù)作業(yè)及時間停滯，減少不必要的浪費。

（3）灰?guī)r區(qū)地層復(fù)雜，尤其對于高原尾礦庫施工，巖溶可能存在會出現(xiàn)的塌陷、滲漏通道都會給后期帶來嚴(yán)重的后果，直接影響到壩體的安全及下游水源地污染及居民的生活，因此，勘察期間，應(yīng)有重點的進(jìn)行工作，采用合理、必要的各種手段結(jié)合的方法開展工作，以更準(zhǔn)確地提供庫區(qū)建設(shè)的地質(zhì)信息。

（4）高原作業(yè)中對可能帶來的環(huán)境影響是不可忽視的，因此，在施工過程中，除過上條描述的環(huán)境情況外，還應(yīng)注意施工可能會造成水土流失、次生地質(zhì)災(zāi)害、地形地貌、野生動植物的影響。必須采取有效的措施進(jìn)行預(yù)防。

（5）做好后期資料的整理及優(yōu)質(zhì)報告的提交工作，針對各種可能出現(xiàn)的情況進(jìn)行分析評價，以準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度來做好保證勘察質(zhì)量的工作。

4　結(jié)論

文中所列的各種方法僅是根據(jù)本工程采取的勘察方法及手段，在實際工程勘察中，我們應(yīng)根據(jù)每個項目的勘察目的及實際地質(zhì)情況，選擇更加合理的多手段結(jié)合的勘察方法，以提供更為準(zhǔn)確、可靠、合理的地質(zhì)成果。不管那一種方法，都有一定的局限性，多種方法的綜合運用及優(yōu)化是必然的，也是今后諸如巖溶地區(qū)具有復(fù)雜情況的場區(qū)勘察必要采取的辦法之一。

［1］左建.地形地貌學(xué)［M］.北京：中國水利水電出版社，2001.

［2］傅良魁.應(yīng)用地球物理教程——電法勘探［M］.北京：地質(zhì)出版社，1991.

［3］王文州.物探技術(shù)在高速公路巖溶地區(qū)地質(zhì)勘探中的應(yīng)用［J］.中外公路，1986，21（4）：56-58.

［4］劉曉東.高密度電法在工程物探中的應(yīng)用［J］.工程勘察，2001 （4）：64-66.

［5］鄧超文.高密度電法的原理及工程應(yīng)用［J］.韶關(guān)學(xué)院學(xué)報：自然科學(xué)，2007（6）：65-67.

［6］常士驃，張?zhí)K民.工程地質(zhì)手冊［M］.4版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007：104-105.

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1004-5716（2016）05-0094-03

2015-03-31

張小強（1979-），男（漢族），河北石家莊人，工程師，現(xiàn)從事巖土工程勘察及相關(guān)的研究工作。