乏信息条件下国外水电工程规划地质影响研究

彭森良,李　忠,杨传俊

(中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司,昆明　650051)

摘　要：国外水电工程规划的地质勘察工作通常面临区域背景资料少、精度低、现场地质调查难以开展、经费有限及安全隐患多等困难,传统的工作思维难以完成本阶段的地质工作。本文以印度尼西亚拉朗河流域规划为例,详细阐述了国外水电规划地质勘察工作的创新思路,从资料收集、数据库搭建到遥感解译及局部现场验证,再到最终丰富、全面、翔实的地质报告,能够为水电规划阶段规避重大工程地质问题提供依据,工作模式值得借鉴和推广。

关键词：乏信息技术；国外水电工程；地质信息数据库；遥感地质解译

作者简介：彭森良,男,1984年1月出生,高级工程师,主要从事水电工程地质勘察及3S集成技术应用研究,156194636@qq.com。

1　引言

拉朗河流域位于印度尼西亚西苏拉威西省波索县境内,南纬1.1°～2.3°、东经119.2°～120.5°,东西向长约130km,南北向长约140km,流域总面积约1万km2。拉朗河规划河段实际可利用落差约1000m,水能资源理论蕴藏量约2460MW,规划阶段采用六级开发方案,其中,LR1及LR2为混合式开发,LR3、LR4、LR5及LR6为堤坝式开发。拉朗河流域内人烟稀少,除部分原始农耕文明形成的村落有简易公路相通外,对外交通极为不便。

(1)河流规划研究工作开展过程中,面临困难如下：

1)流域内人烟稀少,除LR1级坝址及LR2级厂房附近有居民点分布外,其余均为原始森林,匪患猖獗,现场工作安全风险极大。

2)区域地质背景资料匮乏,按照传统渠道购买满足精度要求的区域地质图成本较高。3)没有专门的历史地震记录分布图及地震烈度区划图等详细信息。

4)对工程影响较大的帕鲁断裂的展布位置、宽度及局部力学性质等不甚清晰。

(2)针对上述背景,采取的解决方案如下：

1)为规避安全风险,适度开展现场工作,仅对LR2坝址及厂址部位开展了地质调查工作,共完成地质点记录29个,拍摄照片46张。

2)通过网络渠道搜集及低成本购买区域地质图,共4张。

3)通过网络渠道收集整理历史地震记录信息、矢量化前人研究成果,搭建地质信息数据库,在此基础上开展地址空间分析,最终成果快速生成构造纲要图、历史地震记录点分布图及地震动参数区划图等。

4)对帕鲁断裂开展专门的遥感地质解译,判译其展布情况、宽度、局部力学性质及活动性等。

2　网络信息数据搜集

本次共搜集或低成本购买到区域地质图4张,工程研究区150km范围内查询到的M≥4.7级地震历史记录433次；M≥6.0级地震历史记录30次；各规划梯级近场区M≥4.7级地震历史记录合计22次。

网络免费收集到规划研究区ETM＋影像2幅,涵盖8个波段,面积1万km2,DEM数据(栅格分辨率30m)涵盖面积约1.51万km2；此外还收集到了规划研究区的谷歌影像及必应影像,分辨率为0.5～10m。

3　地质信息数据库搭建

收集到资料后,为便于工作开展,需搭建规划研究区地质信息数据库,主要包括规划研究区水系信息、地震信息、地形信息、规划资料、区域地质、解译标志及天然建筑材料等(图1)。在地质信息数据库的基础上,开展了规划研究区的遥感地质解译工作,主要包括地形分析、地表水文分析、影像增强、影像分类及光谱分析等手段。

4　帕鲁断裂遥感地质解译

帕鲁断裂自北苏拉威西海沟呈NNW向沿北部城市帕鲁延伸至南部城市卡洛附近入波尼湾,延伸长度约585km,宽度0.95～2.2km,近直立,具压扭性,为左旋滑移断裂。该断裂年位移量30～44mm,属晚更新世以来活动断裂,断裂沿线地震活动频繁,一般孕震6.0级地震,最大7.7级,发生于1938年5月19日,震中位于望加锡海峡,距离工程区最近距离(LR6坝址)约120km,震源深度35km。

帕鲁断裂是研究区内活动最强烈的地震带,地震带沿线共发生M≥4.7级地震近200次,M≥6.0级地震10次,最大一次地震发生于1968年8月14日,震级7.2级,震中位于帕鲁以北约116km的苏拉威西岛北臂海滨区域,震源深度20km；该地震带内地震活动非常频繁,反映了其强烈活动特点,但在不同地段仍有明显差异,地震活动主要集中在研究区北部边缘至潘加纳以北约20km一带,在LR2枢纽区西侧也有零星分布,并造成了拉朗河流域内最大的一次地震。从时间分布上来看,该地震带在21世纪以来主要地震活动发生在巴寇利附近,距离LR4坝址区最近,约为50km。

根据活动性断裂的主要解译标志,对帕鲁断裂开展遥感地质解译,详述如下：

(1)地貌标志。在北端形成帕鲁湾,沿线多处NE、NW向山脊被错断,发育线状断陷盆地,盆地底部为第四系松散堆积物,形成多处断层崖、断层三角面及线状垭口,并发育有线状或串珠状分布的重力异常地貌,在LR2坝址至厂房一线尤为明显。

(2)地层岩性标志。断裂先后错断了第四系冲、洪积物,衮巴萨组混合岩地层,康布诺/巴团、泰罗波萨恩组花岗岩地层,拉提莫江组花岗岩、千枚岩、杂砂岩、石英砂岩、灰岩、泥质板岩、粉砂岩夹砾岩、硅质岩和火山岩地层,以及蒂奈巴组安山岩、玄武岩及英安岩等喷出岩地层。

(3)地质构造标志。在“大拐弯”南侧错断了波索逆断裂(F7),并在苏拉威西岛南部错断马塔诺断裂(F10),沿线错断多处次级构造。

(4)水系标志。断裂对拉朗河流域水系发育控制作用明显,自“大拐弯”至LR4库尾附近直线距离约35km的河段均沿其展布,两岸支流多以直角汇入。

(5)植被及色调标志。断裂在帕鲁至大拐弯一线形成明显的亮色条带和线状带,植被指数分析成果揭示,断裂沿线植被覆盖率与两侧相比有明显异常。

(6)地震活动标志。自北苏拉威西海沟至帕鲁以南约40km形成明显的地震集中活动带,“大拐弯”附近亦有零星地震活动记录。

(7)活动断裂标志。在帕鲁以南约20km处错断了第四系地层,断裂形成的断陷盆地在遥感影像上与两侧色调有明显差异,沿线分布有多处断层崖,自帕鲁至“大拐弯”一带发育有串珠状温泉,第四系断陷盆地呈线性排列,断裂对拉朗河及其支流的河流流向控制相当明显,两侧为明显的地震活动带。

根据遥感地质解译成果,帕鲁断裂距离LR2厂址约1km,并在LR3右岸坝肩山后约800m的垭口处通过,并纵向穿越LR2水库近坝库段及LR3水库全段,对两个梯级的工程布置影响较大,且需要采取必要的工程抗震措施。受帕鲁断裂(F1)影响,LR2水库蓄水后库岸稳定问题突出；坝基岩体完整性差,需要一定的防渗处理工程量；厂址工程地质问题不突出；推测隧洞围岩稳定条件一般较差。LR3库岸稳定问题突出；存在发生水库诱发地震的可能；近坝库段右岸支库山后垭口为单薄分水岭,且位于帕鲁断裂带(F1)内,存在沿单薄分水岭及F1断裂带发生向下游渗漏的可能性；坝基可能存在抗滑稳定问题及坝肩开挖边坡稳定问题。

5　其他乏信息技术应用

5.1　地形地貌解译

拉朗河流域内地势总体东高西低,主要山脉及河流受NNW向及NE向构造控制,海拔最高点为帕得哈国家自然公园内的帕得哈山,高程为2290.00m。拟开发河段河谷高程1060.00～60.00m,河流切割深度一般500～1000m,区域地貌特征主要表现为中、低山侵蚀、剥蚀地貌,仅卡巴拉民附近至入海口段为部分丘陵地貌和滨海冲积平原。开发河段拉朗河两岸地形坡度一般为25°～35°,局部略陡,支流发育,地形完整性较差,河道坡降大,大部分河面狭窄,仅在帕达、巴寇利、图艾尔、拉布阿及湃乐姆比亚附近地势较缓,并发育有冲洪积堆积阶地。

5.2　可溶岩分布解译

通过对碳酸根离子在影响上的光谱反应对比,提取解译标志,得到规划研究区可溶岩分布遥感解译图,可见,区内可溶岩主要发育于波索逆断裂(F7)以东的拉朗河流域外围,在拉布阿、巴里里、萨旺吉及帕得哈山附近也有零星分布,各规划梯级工程内则发育程度低,未形成规模。

5.3　基于地质信息数据库快速成图

利用GIS相关软件,结合地质信息数据库,可自动生成区域地质图、构造纲要图、历史地震震中分布图等,在乏信息条件下,生成的图件在一定程度上具有全面丰富、层次清晰、表达直观、无重复和遗漏的优势。

6　结语

采用网络数据检索技术、数据库技术、遥感地质解译技术及地质空间分析技术,突破了传统地质工作模式的限制,为解决乏信息条件下水电工程规划地质影响研究问题提供了一种新思路,其工作模式值得借鉴。