賈留杰,沈軍輝,章志鋒,顧濤

(1.四川省交通廳交通勘察設(shè)計研究院,成都 610017;2.成都理工大學地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護國家重點實驗室,成都 610059)

兩河口水電站右壩肩邊坡的氡異常特征

賈留杰1,沈軍輝2,章志鋒2,顧濤2

(1.四川省交通廳交通勘察設(shè)計研究院,成都 610017;2.成都理工大學地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護國家重點實驗室,成都 610059)

通過對巖體的氡氣測試,得到不同高程氡氣脈沖值的硐深變化曲線,分析巖體卸荷強度和方式與其氡異常的相關(guān)性。巖體卸荷強度愈高,高氡異常值越高,異常深度范圍越大,異常特征越明顯。邊坡集中卸荷拉裂部位、斷層及錯動帶高氡異常,但邊坡深部某些順層斷層或錯動帶異常特征不明顯。結(jié)果顯示卸荷強度和方式與氡氣異常特征密切相關(guān)。

兩河口水電站;邊坡巖體;卸荷強度;氡異常

氡氣是地質(zhì)體中的鈾系衰變過程的中間產(chǎn)物,是一種惰性氣體,在遷移過程中不與其他物質(zhì)發(fā)生化學反應(yīng)。據(jù)研究,氡氣作為一種地氣,在地殼中主要沿著活動斷裂帶、構(gòu)造斷裂帶向上運移,對氡氣濃度的測量,分析對比氡異常,可確定斷裂網(wǎng)絡(luò)的空間格架、斷層產(chǎn)狀、斷層的相對活動性[1～3]。目前,氡氣測試作為一種輔助手段被引入到邊坡卸荷帶及卸荷裂縫研究中[4,5],但對邊坡巖體氡氣異常特征仍缺乏較為系統(tǒng)的研究成果。本文通過對兩河口水電站右壩肩邊坡不同高程平硐氡氣系統(tǒng)測試,根據(jù)空間不同部位的邊坡巖體氡氣變化特征及其與邊坡巖體卸荷程度的相關(guān)性分析,探求邊坡巖體的氡異常特征。

1 氡氣測試的基本原理及技術(shù)

1.1 測試原理

氡氣及其子體比重很大,但它向上運移能力與向下運移能力相似,甚或超過,而遠遠大于橫向運移能力[6]。氡及其子體和母體多為α輻射體,它們放出的α粒子減速后成為4He,能與氡及其子體和母體形成符合團簇,氦很輕,當其符合團簇浮力大于重力時,團簇便會自行上升,成為氡及其子體向上運移的內(nèi)因,考慮到地下溫差、地下壓力差、地下水的流動、對流作用等外部因素,勢必會形成明顯向上運移的氣流[7]。

采用FD-3017RαA測氡儀,對兩河口水電站右壩肩邊坡不同高程平硐硐壁聲波測試孔作氡氣測試實驗。該儀器主要由抽氣泵和測量操作臺兩部分組成,采用靜電收集氡衰變的第一代子體RαA(218P0)作為測定對象。RαA等短周期子體,其半衰期為3.05min,由于半衰期很短,不存在探測器污染問題[8]。測量時讀取脈沖數(shù),脈沖數(shù)越大表明測點處氡射氣富集程度越高。根據(jù)測點測量獲取的脈沖數(shù)可繪出測區(qū)的RαA脈沖值隨硐深變化曲線圖,分析邊坡巖體的氡異常特征。

1.2 操作步驟

野外實地氡氣測試按下列步驟進行:

①將經(jīng)校正的儀器安裝后,現(xiàn)場校正。

②將取樣器放入硐壁上的聲波孔內(nèi),并用橡膠等物將四周密封。

③將收集金屬片放置于高壓收集器中。

④將抽氣泵閥門置于“吸”的位置,抽氣并排氣1～2次。

⑤將清泵后的泵筒抽滿氣,閥門置于“關(guān)”的位置,立即加高壓2min。

⑥將加高壓后的收集片在10s內(nèi)放入計數(shù)探測器中記數(shù)2min。

⑦記錄相關(guān)測試數(shù)據(jù)。

⑧轉(zhuǎn)入第二次測點,重復②至⑦的操作。

2 基本地質(zhì)條件

擬建兩河口水電站位于四川省甘孜州雅江縣境內(nèi)的雅礱江干流上,為雅礱江中下游的龍頭電站。水庫大壩設(shè)計壩高295 m,裝機容量3 000 MW。壩址區(qū)雅礱江呈SN走向,河床高程2 610 m。右壩肩邊坡坡向 E,坡高近 1 000 m,坡度一般 40°～50°,略呈溝梁相間地貌。巖性為三疊系上統(tǒng)兩河口組砂、板巖。巖層產(chǎn)狀為 N60°～75°W/SW ∠60°～75°,與河流大角度相交,為一陡傾橫向坡。巖體以發(fā)育順層擠壓斷層為特征(圖1),發(fā)育多組裂隙。在2 615～2 622 m(低高程)、2 748～2 760 m(中高程)及2 864～2 881 m(高高程)布置有3層勘探平硐,除高高程平硐(強卸荷深度40～50 m,弱卸荷深度80～90 m)及中高程(強卸荷深度20～30 m,弱卸荷深度一般60～80 m)的 PD04、PD10平硐具有相對較強的卸荷拉裂外,中高程其他平硐和低高程(強卸荷巖體極少,近硐口一般為弱卸荷巖體)僅淺表部有強度不大的卸荷拉裂變形,其卸荷方式主要為順坡陡、緩傾角裂隙的臺階狀滑移拉裂型[9]。

圖1 兩河口水電站右壩肩邊坡工程地質(zhì)平面圖Fig.1 Geologicalmap of the right abutment slope at Lianghekou Hydropower Station

3 氡氣測試成果分析

兩河口水電站右壩肩邊坡不同高程平硐氡氣RαA脈沖值隨硐深變化曲線如圖2～4所示,氡氣脈沖值變化有如下特征:

圖2 高高程平硐氡氣脈沖值隨硐深變化曲線Fig.2 Curve of the radon impulse value to the dep th of the adit at high elevation

(1)邊坡淺表部一定深度范圍內(nèi)(卸荷帶)均具明顯的高氡異常特征,高氡異常深度范圍與邊坡強卸荷帶具較好的對應(yīng)性;強卸荷帶以里氡氣脈沖值迅速降低并趨于平穩(wěn)。如PD18平硐強卸荷帶深度為49 m,淺部56 m范圍內(nèi)拉張裂隙發(fā)育,巖體破碎,結(jié)構(gòu)松弛,氡氣脈沖值可達30～100,局部裂密帶處大于180,弱卸荷帶及其深部氡氣脈沖值一般小于10(圖2d、表1);PD30平硐強卸荷帶深度為40 m,淺部36 m范圍內(nèi)可見較高氡異常特征,氡氣脈沖值最高達32個單位,以里弱卸荷帶及其深部氡氣脈沖值一般小于2(圖3b,表1)。

圖3 中高程平硐氡氣脈沖值隨硐深變化曲線Fig.3 Curve of the radon impulse value to the dep th of the adit atmiddle elevation

(2)隨著高程的增高,邊坡淺表部高氡異常深度范圍及其高氡異常值具增大的趨勢,這與高程增高邊坡巖體卸荷深度及強度增大相對應(yīng)。高高程PD32、PD16及 PD18平硐淺表部高氡異常深度范圍均大于55 m,且淺部高氡異常RαA均值均大于33,個別氡氣脈沖值達180個單位(圖2、表1);中高程邊坡淺表部高氡異常深度范圍一般小于20 m,高氡異常值一般為10～20,最大達32個單位(圖3、表1);低高程邊坡卸荷帶內(nèi)除斷層外,高氡異常特征不明顯。

(3)受邊坡卸荷方式影響,弱卸荷帶內(nèi)相對集中卸荷拉裂部位亦具明顯的高氡異常特征。如PD04平硐弱卸荷帶內(nèi)樁號45 m、70 m、87～92 m及97 m等相對集中卸荷拉裂部位均出現(xiàn)了明顯的高氡異常特征,高氡異常脈沖值大者達60～200個單位(圖3e)。

圖4 低高程平硐氡氣脈沖值隨硐深變化曲線Fig.4 Curve of the radon impulse value to the dep th of the adit at low elevation

表1 邊坡淺表部氡異常深度及其RaA均值Table 1 Radon-anomaly dep th and itsmean RaA in superficial partsof the slope

(4)斷層及錯動帶往往可見高氡異常特征,尤其是在卸荷帶內(nèi)的斷層,高氡異常特征明顯。如高高程PD06平硐樁號96 m陡傾坡外錯動帶氡氣脈沖值急劇爬升達175個單位;PD16平硐強卸荷帶內(nèi)樁號38 m陡傾斷層高氡異常值達129個單位;低高程PD02及PD20平硐近硐口卸荷帶陡傾斷層高氡異常值達60～142個單位。另外,邊坡深部順層斷層或錯動帶高氡異常特征不明顯,這可能與邊坡深部斷層擠壓緊密、影響帶不明顯及氡氣測試均在斷層兩側(cè)完整巖體中進行有關(guān)。

4 結(jié)論

兩河口水電站右壩肩邊坡巖體的氡異常特征與斜坡巖體的卸荷密切相關(guān),強卸荷帶巖體結(jié)構(gòu)面發(fā)育,巖體破碎,結(jié)構(gòu)松弛,一般表現(xiàn)出較為明顯的高氡異常特征,弱卸荷帶及其深部氡氣脈沖值迅速降低并趨于平穩(wěn);邊坡卸荷強度愈高,高氡異常深度范圍及高氡異常值愈大。氡異常特征也受邊坡的卸荷方式影響,邊坡集中卸荷拉裂部位高氡異常明顯,卸荷帶內(nèi)的順坡陡傾角斷層及裂隙往往為集中卸荷的控制性結(jié)構(gòu),多表現(xiàn)出高氡異常特征。斷層及錯動帶往往可見高氡異常特征,邊坡深部某些順層擠壓斷層或錯動帶由于擠壓緊密、影響帶不明顯,高氡異常特征不明顯。

上述認識對邊坡巖體卸荷分帶性研究具一定的實際意義[10]。

[1] 王運生.測氡在區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性研究中的應(yīng)用[J].山地學報,2002,20(4):505-508.

[2] 周雄華,王小群,劉華軍,等.氡氣測量在工程地質(zhì)中的應(yīng)用[J].鈾礦地質(zhì),2004,20(1):45-50.

[3] 盧焱.用RaA測氡法評價廣東三水北部斷裂展布及CO2氣田遠景[J].長春地質(zhì)學院學報,1997,27(2):240.

[4] 衛(wèi)宏,王蘭生.斜坡卸荷巖體的氡異常特征[J].巖土工程學報,2004,26(4):569-570.

[5] 劉華軍,李天斌,沈軍輝,等.氡(RαA)測試技術(shù)在某巖質(zhì)邊坡卸荷深裂縫帶研究中的應(yīng)用[J].中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學報,2004,15(1):107-111.

[6] 賈文懿,方方,周蓉生,等.理想條件下氡及其子體運移規(guī)律研究[J].成都理工學院學報,1999,26(1):34-37.

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[9] 沈軍輝,等.雅礱江兩河口水電站樞紐區(qū)工程邊坡穩(wěn)定性研究報告[R].成都理工大學檔案館,2008.5.

[10]沈軍輝,張進林,徐進,等.斜坡應(yīng)力分帶性測試及其在卸荷分帶中的應(yīng)用[J].巖土工程學報,2007,29(9):1423-1427.

RADON ANOMALY IN THE RIGHTDAM-ABUTM ENT SLOPE AT L IANGHEKOU HYDROPOWER STATION

Jia Liu-jie1,Shen Jun-hui2,Zhang Zhi-feng2,Gu Tao2
1.Communication Surveying&Design Institute,Sichuan Provincial Communication Department,Chengdu 610017,China;2.State Key Laboratory of Geohazard Prevention and Geoenvironment Protection,Chengdu University of Technology,Chengdu 610059,China)

Radon gas tests are taken on the rock masses in the right dam-abutment slope at Lianghekou Hydropower Station.Based on these tests,this article draw s curvesof radon impulse value to dep th of each adit at different elevations and analyzes the co rrelation of unloading strength and unloading way w ith radon anomaly.The results reveal that,w ith higher strength,radon becomesmore anomalous,and the anomaly extends deeper and w ider.Radon is highly anomalousat the tension fracturesof concentrated unloading,faults and dislocation bands w hile it is no t distinct deep inside the slope.

Lianghekou Hydropower Station;slope rock-mass;unloading strength;radon anomaly

X830.7

A

1006-4362(2011)02-0107-04

2010-09-09 改回日期: 2010-10-13

賈留杰(1982- ),男,碩士,地質(zhì)工程,主要從事地質(zhì)勘察與邊坡穩(wěn)定性的研究。