9.2.1.1　应用地球物理方法

采用两种地球物理方法进行探测：一种是放射性方法；另一种是高密度电法。其基本原理就是根据下伏岩体在物理性质上的差异，借助一定的装置和仪器测量其物理场的分布状况，通过分析和研究物理场的变化规律并结合已有的地质资料，推断区内岩体可能存在的渗透薄弱部位。

放射性探测是借助仪器通过测量岩体的天然放射性以及由此形成的无线电波谱中不同波段的辐射场来达到探测的目的。岩体中之所以含有天然放射性，是由于其中含有镭、钍、锕铀及其衰变产物，以及钾的同位素和其他某些放射性元素的产物。这些元素在衰变过程中可产生α、β、γ3 种射线。α射线是带正电的氦原子核流，β射线是带负电的电子流，而γ射线则是波长极短的电磁波即光子流。由于γ射线是中性的电子流，因而具有很强的穿透能力，如能穿透数米厚的覆盖层。

已有的研究表明，可通过测量岩体中的天然放射性来探测基岩地下水。它是利用放射性探测仪器在地面测量天然放射性的强度（主要测量γ射线强度）来了解相应部位岩体中放射性含量的大小变化，从而发现与地下水活动有关的地质构造（如断裂破碎带以及断层带等）部位。

岩石的放射性含量主要决定于岩石的矿物成分以及成岩时的环境条件。对于地表水体（包括库水、湖水以及海水等）而言，其放射性一般来说是非常微弱的；而地下水流系统中某部位放射性含量的高低则受多因素的影响，如补给源、与流体相接触的岩石以及水流条件等。如当补给源为来自地壳深部的水流系统，与之相接触的岩石中含有较高的放射性、并且水流条件滞缓时，在含水的构造带上所测到的γ射线强度通常高出正常值（或为背景值）的0.3～1.0倍左右，可以“正异常”称之。而当岩石中的放射性含量为一定时，但补给源为地表水、且水流动态相对活跃时，则在含水的构造带上所测到的γ射线强度通常低于正常值（或为背景值）的0.3～1.0倍左右，可以“负异常”称之。

这样，通过放射性探测仪器的测量可确定一定范围内岩体中放射性含量的背景值（或底数），在此基础上可确定相应范围内出现异常的阀值，进而判定某部位可能出现的放射性异常，据此可间接地探测局部可能存在的含水构造带。

本实例采用FFG—1L智能γ辐射仪进行探测。在测量过程中，考虑到导致岩体含有放射性的相关原子发生核衰变的现象具有偶然性，因此采用了较大密度（点距1.5～2.0m）的测点、且对每个测点以一定的时间间隔（10s）进行重复测量（3 次），并取其均值作为确定相应测线范围内岩石中γ射线强度的背景值以及异常值的原始数据。

高密度电法是近20年来迅速发展起来的集电阻率勘探和电阻率成像技术为一体的现代电阻率勘探技术（王兴泰，2003）。其基本原理与普通电阻率法相同，但集中了电剖面法和电测深法的特点，通过高密度电法仪的先进设计及资料处理软件，能快速而准确地获取丰富的地下信息，具有成本低、效率高、信息丰富、解释方便、勘探能力强等优点，因而已被广泛使用于矿产资源、工程地质、灾害地质、水文地质勘探和考古探测等领域。有关工作流程见图9.2.2。

测量区域位于2号输水系统下平段区域，具体测线在区内施工支洞、排水廊道、探洞及其支洞内展开。从测区岩性特征来看，新鲜完整的凝灰岩电阻率一般在几百（湿）～几万（干）欧米，而富水的断裂带电阻率一般在几百欧米以下，两者之间存在显著的电阻率物性差异，从而为运用电法探测提供了地球物理前提。

本次测量采用DUK—1 高密度电法探测系统，集多个深度电剖面和密集的电测深于一体，把常规电剖面法和电测深法（图9.2.3）两者合二为一，采用集成电极转换，测量点距小，数据密度大、采集速度快、精度高、抗干扰能力强，可获得较丰富的地质信息，并通过数据处理，形成二维CT断面，把点线数据变成剖面图像，能比较直观地反映地下电性异常体的形态，使探测资料的分析判断更加简单明了，减少了探测资料反演推断过程中的多解性。测量电极排列及测量值表示的位置如图9.2.4。

图9.2.2　高密度电法工作框图

图9.2.3　常规电法测量理论模型(www.daowen.com)

实际测量中可以将温纳四极（AMNB）、偶极（ABMN）、及微分（AMBN）装置按一定方式组合构成一种统一测量系统，利用电极转换开关，便可将每4个相邻电极进行一次组合，从而在一个测点便可获得多种电极排列的测量参数。本次测量应用的测量模式有下列4 种：①温纳装置模式（WN）；②施伦贝尔1 （SB1）装置模式；③偶极装置模式（DP）；④微分装置模式（DF）

9.2.1.2　应用地球化学方法

图9.2.4　高密度电法测量工作示意图

采用两种地球化学方法进行探测：一种是天然示踪法；另外一种是水质分析法。其基本原理就是利用地下水这个信息的载体，借助一定的设备和仪器测量区内水化学场的基本特征，通过分析和研究水化学场的变化规律并结合已有的地下水宏观动态观测资料，推断区内地下水系统的补给、径流、排泄特征，并通过反映其异常特征来推断区内岩体中可能潜在的渗透薄弱部位。

为全面地反映下平段区域地下水化学场的基本特征，弥补水质取样点数量的不足，对区内（包括一定外围）渗漏水点、排水孔地下水的部分水质指标以及温度进行了现场原位测量。所用的仪器为HANNA微电脑pH值测试仪、电导及TDS（Total Dissolved Solids，总溶解固形物）测试仪。测定的水质指标包括pH 值、TDS、电导率以及温度。测试的水体包括地下水及库水。

根据统计，共测试水样达96 个。其中，斜向孔水样为8 个，主要分布在A1 排水廊道以及HPPT 试验洞内；垂直排水孔水样为55 个，主要分布在B1—B3 排水廊道以及PD15 探洞；余为直接源于岩体结构面的渗漏水样，此主要分布在PD15 探洞。这样，本次天然示踪法探测工作共获得包括pH 值、TDS、电导率、温度等各类数据近400个，从而为揭示下平段区域地下水的微观动态特征提供了较为丰富的第一手资料。

应该说，现场所测的上述水质指标对于环境的变化都较为敏感。其中，水的pH值对于环境的变化更为敏感。水的pH值是反映水质总体特征的一个综合指标，其大小决定了水溶液中各组分的存在形式及其被迁移的难易程度，其变化源于水溶液中碳酸平衡系统的变化以及碱度的变化。而后者的变化与水的径流条件有关，即滞缓的水流条件有利于水的碱性化，而水流条件好则不利于水的碱性化。此外，水环境（如温度、压力以及氧化还原电位等）的变化，也将影响到水的pH值。从这个意义而言，进行水的pH 值（包括其他指标）的现场测定更能客观地反映水质特征。

水的TDS（包括电导率）值的大小反映了水溶液中各溶解组分含量的高低，因而在一定程度上反映了水溶液的饱和程度。在补给源以及区内岩性等方面相似的条件下，不同部位间水的TDS值之间的差异性也主要是由渗流场内径流条件的差异性所致。水的电导率的变化与水的TDS值的变化有着相似的意义。

可见，对区内地下水中上述水质指标的现场测量，至少具有如下两个方面的意义：一是可以定性地示踪液—固相系列间的相互作用；二是通过水质指标空间变化的分析从一个侧面揭示区内的渗流条件。

有关采用水化学分析法探测研究区流场的基本原理已在第3 章中论及。就广义而言，采用水化学分析法进行检测至少具有如下3 个方面的意义：一是依据地下水中天然成分的分布及其变化规律，分析地下水的补给、径流、排泄特征以及含水介质的结构特征（包括含水介质与工程材料形成的综合结构特征），从而达到探查区内围岩渗透稳定性薄弱部位的目的；二是根据具体的水化学分析资料，揭示水—岩系列间发生的水文地球化学作用，探讨区内渗流可能发生变异的形成机理；三是进行环境水的侵蚀作用评价。

在进行了研究区工程地质及水文地质调查的基础上，确定了需要采集水样进行水化学分析的点位，共18个，分别取自有关廊道和探洞渗漏水点及排水孔；同时，还采集了多个岩样。对于所采集的水样，进行了水化学宏量成分以及个别专项指标（如可溶性SiO2）的化验；对于所采集的岩样，则视需要进行所含主要矿物成分的鉴定，或化学成分的分析以及XRD测试。

上述现场探测工作是在2号输水系统下平段区有关廊道（如施工支洞、排水廊道以及探洞）内展开的。