綜合物探在壩基勘察中的應(yīng)用

PAGE1綜合物探在壩基勘察中的應(yīng)用摘要：采用高密度電法、淺層地震折射波法和瑞雷波法等綜合物探技術(shù)，對某水庫大壩壩基進(jìn)行勘察，基本查清了覆蓋層厚度的變化規(guī)律，取得了較好的應(yīng)用效果，為工程設(shè)計提供了科學(xué)依據(jù)。文章由概況、工作方法和技術(shù)、成果分析及結(jié)語等組成。關(guān)鍵詞：綜合物探壩基勘察水庫覆蓋層厚度1概況某水庫擬建瀝青混凝土心墻壩，最大壩高107m，壩頂長480m，壩頂高程1203.5m，正常蓄水位1200m，總庫容0.298×108m3。壩址區(qū)山體陡峭、河谷深切、沖溝發(fā)育，基巖裸露，河谷寬約70m，河床地面高程約1146m，兩岸山體峰頂高程約1540m，岸坡陡峭。巖層總體走向NW310°～320°，傾向北東或南西，傾角50°～80°，出露地層為古生界石炭系和新生界第四系地層，由老到新為：石炭系中統(tǒng)碎屑質(zhì)灰?guī)r、大理巖、砂巖等；第四系沖洪積、坡積物，主要為砂卵礫石和碎石土等。2工作方法與技術(shù)由于場地條件的限制，在壩軸線上游150m和下游150m的區(qū)域內(nèi)垂直壩軸線(順河向)布置3條物探測線，測線間距約20m。為便于比較，全部測線均進(jìn)行高密度電法和淺層地震折射波法探測，部分測線實(shí)施瑞雷波法探測。⑴高密度電法：采用溫納爾裝置，單一排列為60根分布式電極，基本電極距3m，排列長度177m，電極隔離系數(shù)16，供電電壓177V。儀器為國產(chǎn)WGMD—3型高密度電法儀。⑵淺層地震折射波法：采用相遇觀測系統(tǒng)，24道記錄，道間距10m，偏移距10m。爆炸震源。時間域采樣率250μs，采樣點(diǎn)數(shù)2048，全通濾波，浮點(diǎn)放大。儀器為國產(chǎn)DZQ24型工程地震儀。⑶瑞雷波法：采用完整對比觀測系統(tǒng)，道間距2m或5m，12道記錄，單一排列長度22m或55m，偏移距為20m或5m。為便于對比分析提高解釋精度，每個排列均采取中間接收相向激發(fā)的勘測方式。錘擊或爆炸震源。儀器設(shè)備同淺層地震折射波法，4Hz低頻檢波器。3成果分析在資料整理與解釋之前，首先根據(jù)各物探方法所獲基礎(chǔ)資料結(jié)合鉆孔成果確定物性特征明顯且層位相對穩(wěn)定的標(biāo)志層，并在此基礎(chǔ)上對原始資料進(jìn)行層位追蹤解釋。因本工區(qū)地層結(jié)構(gòu)相對簡單、層次清晰，經(jīng)分析確定：低速、低電阻率的表層松散砂卵礫石層和高速、高電阻率的基巖為明顯標(biāo)志層。3.1高密度電法對野外實(shí)測的高密度電阻率數(shù)據(jù)，應(yīng)用高密度電法處理軟件進(jìn)行編輯、圓滑、調(diào)整等處理后，再利用最小二乘法進(jìn)行反演處理，最終獲得高密度電阻率斷面圖。本次測試所獲的電阻率斷面圖均客觀地反映了測試剖面地表面以下垂直和水平方向的巖層結(jié)構(gòu)的變化特征，經(jīng)分析后認(rèn)為該區(qū)電阻率剖面圖具有以下規(guī)律：電阻率剖面圖上、下高，中間低，層次分明。表層電阻率值一般為1100～2500Ω·m，變化較大，此為地表干燥砂卵礫石層的反映，深度一般小于2m。隨電極隔離系數(shù)的增大電阻率先降低后變高，剖面中部電阻率至最低，其范圍值300～1800Ω·m，推測為含水砂卵礫石層在電阻率剖面上的反映。剖面下部由于出現(xiàn)基巖使得電阻率升高，其范圖1壩址左岸測線高密度電法反演斷面圖圖2壩址中間測線高密度電法反演斷面圖圖3壩址右岸測線高密度電法反演斷面圖圍值2000～4000圖1壩址左岸測線高密度電法反演斷面圖圖2壩址中間測線高密度電法反演斷面圖圖3壩址右岸測線高密度電法反演斷面圖對比圖1～圖3，下伏基巖起伏變化具有下述規(guī)律：①左岸測線上游基巖埋深較淺且中間有隆起現(xiàn)象，反映深度11～20m；②中間測線上游和下游基巖埋深相對較淺且中間有凹陷現(xiàn)象，反映深度20～30m；③右岸測線上游基巖埋深較淺，深度約為23m左右，而下游較深，推測埋深30～35m；④上述分析說明左岸較薄，至右岸逐漸變厚，形成左薄右厚，具有相對深槽的空間展布規(guī)律，該電法探測基巖面的空間變化規(guī)律與淺層地震折射波法的解釋成果是一致的。3.2淺層地震折射波法由野外獲得的原始波形曲線，在波形對比及相位對比的基礎(chǔ)上，讀取各道初至?xí)r間，應(yīng)用EXCEL電子表格繪制相遇時距曲線（見圖4）。然后應(yīng)用“t0”法進(jìn)行解釋，具體解釋過程如下：⑴繪制時距曲線t1(x)、t2(x)，求出互換時間T，并計算表層有效速度V1，確定時距曲線代表的地層數(shù)找出時距曲線相遇段。⑵對時距曲線相遇段用公式θ（x）=t1(x)+T-t2(x)計算并繪制θ線。⑶對時距曲線相遇段用公式t0（x）=t1(x)-T+t2(x)計算并繪制t0線。⑷利用公式V2=2×（x2-x1）÷[θ（x2）-θ（x1）]計算下伏地層界面縱波速度V2。⑸利用公式h（x）=V1×V2×t0（x）÷[2×（V22-V12）1/2]計算測線上各檢波點(diǎn)處基巖埋深h。圖4壩址右岸測線時距曲線圖t圖4壩址右岸測線時距曲線圖t2(x)樁號(m)時間(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勻介質(zhì)或?qū)訝罱橘|(zhì)中傳播時存在頻散特性。同一頻率的瑞雷波速度在水平方向上的變化反映出地質(zhì)條件的橫向不均勻性，不同頻率的瑞雷波速度變化則反映地層在垂向上的變化。相對于體波而言，瑞雷波具有更強(qiáng)的能量和更低的頻率并且隨傳播距離加大其能量衰減較慢，易于分辨且不受地層速度大小排序的制約。圖5壩址中間測線瑞雷波探測原始記錄將野外實(shí)測的瑞雷波原始記錄(典型記錄見圖5)，利用專用處理軟件(SFKSWS)進(jìn)行分析處理，其步驟為：瑞雷波記錄文件輸入→顯示和檢查實(shí)測數(shù)據(jù)→圈定面波數(shù)據(jù)窗口→F—K域搜索基階面波頻譜峰脊→確定基階面波頻譜范圍→生成面波頻散曲線→地質(zhì)分層→繪制反演擬合曲線→打印輸出結(jié)果（典型解釋成果見圖6）。圖5壩址中間測線瑞雷波探測原始記錄圖6壩址中間測線瑞雷波探測解釋成果圖對于瑞雷波探測的數(shù)據(jù)處理本著由已知到未知的原則，在參考已知鉆探成果的前提下，充分結(jié)合高密度電法、淺層地震折射波法的探測成果，對反演解釋出的物性層位進(jìn)行合理的歸納合并。圖6壩址中間測線瑞雷波探測解釋成果圖探測深度范圍內(nèi)，本測區(qū)各巖性層瑞雷波速度均呈遞增態(tài)勢，作為標(biāo)志層之一的第四系松散砂卵礫石層的瑞雷波速度最小，一般為400～850m/s，厚度為15～32m；而另一個標(biāo)志層——基巖的瑞雷波速度值最大，一般為1580～1800m/s。4結(jié)語該水庫樞紐工程采用高密度電法、淺層地震折射波法、瑞雷波法探測覆蓋層厚度，各種方法對其均有定量解釋結(jié)果。如前所述，三種方法解釋結(jié)果基本一致。且中間測線布有鉆孔ZK13和ZK15，它們揭示的覆蓋層厚分別為28.2m、18.0m，而綜合物探解釋覆蓋層厚分別為27.5m、18.0m，二者吻合很好。由此表明本次物探工作方法選用是合理的，施測技術(shù)是可行的，完全滿足地質(zhì)勘察要求，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。參考文獻(xiàn)⑴王興泰