综合物探在坝基勘察中的应用

PAGE1综合物探在坝基勘察中的应用摘要：采用高密度电法、浅层地震折射波法和瑞雷波法等综合物探技术，对某水库大坝坝基进行勘察，基本查清了覆盖层厚度的变化规律，取得了较好的应用效果，为工程设计提供了科学依据。文章由概况、工作方法和技术、成果分析及结语等组成。关键词：综合物探坝基勘察水库覆盖层厚度1概况某水库拟建沥青混凝土心墙坝，最大坝高107m，坝顶长480m，坝顶高程1203.5m，正常蓄水位1200m，总库容0.298×108m3。坝址区山体陡峭、河谷深切、冲沟发育，基岩裸露，河谷宽约70m，河床地面高程约1146m，两岸山体峰顶高程约1540m，岸坡陡峭。岩层总体走向NW310°～320°，倾向北东或南西，倾角50°～80°，出露地层为古生界石炭系和新生界第四系地层，由老到新为：石炭系中统碎屑质灰岩、大理岩、砂岩等；第四系冲洪积、坡积物，主要为砂卵砾石和碎石土等。2工作方法与技术由于场地条件的限制，在坝轴线上游150m和下游150m的区域内垂直坝轴线(顺河向)布置3条物探测线，测线间距约20m。为便于比较，全部测线均进行高密度电法和浅层地震折射波法探测，部分测线实施瑞雷波法探测。⑴高密度电法：采用温纳尔装置，单一排列为60根分布式电极，基本电极距3m，排列长度177m，电极隔离系数16，供电电压177V。仪器为国产WGMD—3型高密度电法仪。⑵浅层地震折射波法：采用相遇观测系统，24道记录，道间距10m，偏移距10m。爆炸震源。时间域采样率250μs，采样点数2048，全通滤波，浮点放大。仪器为国产DZQ24型工程地震仪。⑶瑞雷波法：采用完整对比观测系统，道间距2m或5m，12道记录，单一排列长度22m或55m，偏移距为20m或5m。为便于对比分析提高解释精度，每个排列均采取中间接收相向激发的勘测方式。锤击或爆炸震源。仪器设备同浅层地震折射波法，4Hz低频检波器。3成果分析在资料整理与解释之前，首先根据各物探方法所获基础资料结合钻孔成果确定物性特征明显且层位相对稳定的标志层，并在此基础上对原始资料进行层位追踪解释。因本工区地层结构相对简单、层次清晰，经分析确定：低速、低电阻率的表层松散砂卵砾石层和高速、高电阻率的基岩为明显标志层。3.1高密度电法对野外实测的高密度电阻率数据，应用高密度电法处理软件进行编辑、圆滑、调整等处理后，再利用最小二乘法进行反演处理，最终获得高密度电阻率断面图。本次测试所获的电阻率断面图均客观地反映了测试剖面地表面以下垂直和水平方向的岩层结构的变化特征，经分析后认为该区电阻率剖面图具有以下规律：电阻率剖面图上、下高，中间低，层次分明。表层电阻率值一般为1100～2500Ω·m，变化较大，此为地表干燥砂卵砾石层的反映，深度一般小于2m。随电极隔离系数的增大电阻率先降低后变高，剖面中部电阻率至最低，其范围值300～1800Ω·m，推测为含水砂卵砾石层在电阻率剖面上的反映。剖面下部由于出现基岩使得电阻率升高，其范图1坝址左岸测线高密度电法反演断面图图2坝址中间测线高密度电法反演断面图图3坝址右岸测线高密度电法反演断面图围值2000～4000图1坝址左岸测线高密度电法反演断面图图2坝址中间测线高密度电法反演断面图图3坝址右岸测线高密度电法反演断面图对比图1～图3，下伏基岩起伏变化具有下述规律：①左岸测线上游基岩埋深较浅且中间有隆起现象，反映深度11～20m；②中间测线上游和下游基岩埋深相对较浅且中间有凹陷现象，反映深度20～30m；③右岸测线上游基岩埋深较浅，深度约为23m左右，而下游较深，推测埋深30～35m；④上述分析说明左岸较薄，至右岸逐渐变厚，形成左薄右厚，具有相对深槽的空间展布规律，该电法探测基岩面的空间变化规律与浅层地震折射波法的解释成果是一致的。3.2浅层地震折射波法由野外获得的原始波形曲线，在波形对比及相位对比的基础上，读取各道初至时间，应用EXCEL电子表格绘制相遇时距曲线（见图4）。然后应用“t0”法进行解释，具体解释过程如下：⑴绘制时距曲线t1(x)、t2(x)，求出互换时间T，并计算表层有效速度V1，确定时距曲线代表的地层数找出时距曲线相遇段。⑵对时距曲线相遇段用公式θ（x）=t1(x)+T-t2(x)计算并绘制θ线。⑶对时距曲线相遇段用公式t0（x）=t1(x)-T+t2(x)计算并绘制t0线。⑷利用公式V2=2×（x2-x1）÷[θ（x2）-θ（x1）]计算下伏地层界面纵波速度V2。⑸利用公式h（x）=V1×V2×t0（x）÷[2×（V22-V12）1/2]计算测线上各检波点处基岩埋深h。图4坝址右岸测线时距曲线图t图4坝址右岸测线时距曲线图t2(x)桩号(m)时间(ms)θ(x)t0(x)t1(x)3.3瑞雷波法其物理前提是瑞雷波在非均匀介质或层状介质中传播时存在频散特性。同一频率的瑞雷波速度在水平方向上的变化反映出地质条件的横向不均匀性，不同频率的瑞雷波速度变化则反映地层在垂向上的变化。相对于体波而言，瑞雷波具有更强的能量和更低的频率并且随传播距离加大其能量衰减较慢，易于分辨且不受地层速度大小排序的制约。图5坝址中间测线瑞雷波探测原始记录将野外实测的瑞雷波原始记录(典型记录见图5)，利用专用处理软件(SFKSWS)进行分析处理，其步骤为：瑞雷波记录文件输入→显示和检查实测数据→圈定面波数据窗口→F—K域搜索基阶面波频谱峰脊→确定基阶面波频谱范围→生成面波频散曲线→地质分层→绘制反演拟合曲线→打印输出结果（典型解释成果见图6）。图5坝址中间测线瑞雷波探测原始记录图6坝址中间测线瑞雷波探测解释成果图对于瑞雷波探测的数据处理本着由已知到未知的原则，在参考已知钻探成果的前提下，充分结合高密度电法、浅层地震折射波法的探测成果，对反演解释出的物性层位进行合理的归纳合并。图6坝址中间测线瑞雷波探测解释成果图探测深度范围内，本测区各岩性层瑞雷波速度均呈递增态势，作为标志层之一的第四系松散砂卵砾石层的瑞雷波速度最小，一般为400～850m/s，厚度为15～32m；而另一个标志层——基岩的瑞雷波速度值最大，一般为1580～1800m/s。4结语该水库枢纽工程采用高密度电法、浅层地震折射波法、瑞雷波法探测覆盖层厚度，各种方法对其均有定量解释结果。如前所述，三种方法解释结果基本一致。且中间测线布有钻孔ZK13和ZK15，它们揭示的覆盖层厚分别为28.2m、18.0m，而综合物探解释覆盖层厚分别为27.5m、18.0m，二者吻合很好。由此表明本次物探工作方法选用是合理的，施测技术是可行的，完全满足地质勘察要求，取得了较好的经济效益和社会效益。参考文献⑴王兴泰