綜合物探在大葉溝水庫勘察中的應用

姜 軍，孫寶喜，康學新

(1.密山市河務管理處，黑龍江 密山 158300；2.黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱 150080)

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推廣應用

綜合物探在大葉溝水庫勘察中的應用

姜 軍1，孫寶喜2，康學新1

(1.密山市河務管理處，黑龍江 密山 158300；2.黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱 150080)

在黑龍江省大葉溝水庫相關的工程地質勘察中，采用了淺層折射地震勘探、超高密度電阻率勘探及地震層析成像勘探這三種物探方法，通過三種方法的現場使用及后繼相關資料的解釋處理，表明：在實際勘察中，物探多種方法的綜合運用效果是理想的，通過與相關鉆孔資料的對比，證明精度也是是可靠的，多種物探方法綜合運用，不但可以取長補短，相互印證，還可以減少盲目布置的勘探工作量，降低勘探成本，甚至還可以解決某些常規(guī)地質方法難以快速解決的問題。由此看出，綜合物探在水利工程勘察領域具有廣闊的發(fā)展前景，在今后的工程勘察中值得繼續(xù)推廣。

綜合勘探；淺層折射地震勘探；超高密度電阻率勘探；地震層析成像勘探；縱波波速；推測破碎帶

0 前 言

在地表某一區(qū)域建設一個工程項目之前，首先要先查明該區(qū)域地下的地質構造情況，也就是要進行工程地質勘察，工程地質勘察的方法有很多，除了常規(guī)的鉆探、坑探及井探等純地質勘探方法外，還有一大類稱為物探。物探是一種成效顯著的現代化探測手段，在地質工作中占有重要地位。

物探，即地球物理勘探，是用物理方法來勘探地殼上層巖石的構造與尋找有用礦產的一門新的學科。它是根據地下巖層在物理性質上的差異，借助一定的裝置和專門的物探儀器測量其物理場的分布狀況，通過分析和研究物理場的變化規(guī)律，結合有關地質資料推斷出地下一定深度范圍內地質體的分布規(guī)律，為鉆探工作提供重要依據。

以研究不同地球物理場空間分布規(guī)律為基礎的各種物探方法，種類繁多，正在得到廣泛的應用，大大地提高了人們對地下地質構造的認識能力。探測對象與圍巖的物性差異是產生物探異常的前提條件。沒有物性差異，就沒有物探異常，也就不能進行物探工作。由于各種物探方法是基于不同的物理參數來達到探查地下地質構造的目的，因此又各有其應用條件和局限性，只有運用綜合物探手段，多種物探方法取長補短，相互印證，才能最大限度地提高物探方法的探測精度，為地質勘探提供客觀地反映地質構造的可靠資料。因此物探工作是整個地質勘探過程的不可或缺的一部分。

在水利工程勘察中，一般要查明庫區(qū)的覆蓋層厚度、基巖埋深、劃分風化帶并探測構造破碎帶位置。此時依照工作目的采用相適用的物探方法即可很好地解決上述問題。淺層折射地震勘探對于地下垂向的地質構造具有精度較高的分辨率，結合相應的地質鉆探資料，可以很好地解決庫區(qū)覆蓋層厚度、基巖埋深、劃分風化帶等地下分層方面的問題；超高密度電阻率勘探及地震層析成像勘探對于地下水平方向的地質構造及異常具有精度較高的分辨率，結合相應的地質鉆探資料，可以很好地解決庫區(qū)構造破碎帶位置的問題，超高密度電阻率勘探是基于電阻率的差異來分辨水平向的地質目標體，而地震層析成像是基于縱波波速的差異來分辨水平向的地質目標體，兩種方法又可以相互印證，進一步提高解釋的精度。

文章即以淺層折射地震勘探、超高密度電阻率勘探及地震層析成像勘探這三種物探方法在黑龍江省雙鴨山市大葉溝水庫工程勘察中的應用實例，來印證一下綜合物探在水利工程勘察中的勘探效果。

1 方 法

1.1 淺層折射波法地震勘探

儀器使用美國SI儀器公司生產的S-FLEX 36道微型主機全數字化地震勘探儀，采樣間隔為0.2-0.5ms，記錄長度為204.8-512ms，檢波器為寬頻數字檢波器，共計36道。地震勘探采用的觀測系統(tǒng)為多重相遇追逐觀測系統(tǒng)。檢波點距5m及7.5m，排列長度175m及262.5m。排列間首尾相接，便于有效波的連續(xù)與追蹤。

1.2 超高密度電阻率法勘探

本次使用儀器是由澳大利亞ZZ Resistivity Imaging研發(fā)中心研制的FlashRES 64多通道超高密度直流電法儀。

進行超高密度工作時，我們分別將兩根帶有32個電極(電極距為5m或10m)的電纜沿勘探線布置，來檢測地下地層電阻率變化情況。兩個電纜布置后，做一次數據測量。一次數據的測量一共可得到約為6萬對的數據量(每對數據包括一個電壓值和一個電流值)。一次測量可覆蓋5m點距為315m。

1.3 地震層析成像勘探

1.3.1 方法原理

地震折射波法屬于彈性波層析成像范疇，該方法主要是借鑒醫(yī)學CT，根據射線掃描，對所得到的信息進行反演計算，重建被測范圍內巖體彈性波參數分布規(guī)律的圖像，從而達到圈定地質異常體的一種物探反演解釋方法。

1.3.2 野外施工方法及技術措施

65kg夯錘錘擊厚鐵墊板是本次地震層析成像野外作業(yè)的震源，每個排列的錘擊點等間距分布。施工排列如圖1所示，每個排列有錘擊7次，檢波器要盡量深得插入土中，這樣檢波器與大地耦合較好，便于較好的接收每次錘擊時傳播來的能量信號。

圖1 激發(fā)點與接收點排列方式

2 資料解釋

2.1 淺層折射波法地震勘探

由于目前還沒有淺層折射波法地震勘探方面較成熟理想的選件，故本次淺層折射波法地震勘探后續(xù)的解釋還主要采用常規(guī)t0差數時距曲線法和截距時間法。該方法首先在地震讀數據軟件中點初至，即每個地震記錄各道的初至波到達時間，然后根據讀取的時間值，繪制在計算紙(即方格厘m紙)上，也就是繪制地震時距曲線，然后把追逐炮與相對應的邊炮接在一起，最后再采用常規(guī)t0差數時距曲線法和截距時間法計算地下不用層位的地震縱波速度及相應層厚度，由此波速值和厚度值來繪制相應測線的地震剖面圖。當基巖相對同一層中出現縱波波速相對較低的部位，解釋為低速帶。出現低速帶可能是由于巖體不完整(局部風化強烈、節(jié)理裂隙發(fā)育、巖石破碎等)或含水等原因造成的，低速帶最終也要繪制在地震剖面圖中，作為地震剖面圖中的一個重要元素來體現。

2.2 超高密度電阻率法勘探

Flash RES 64多通道超高密度直流電法勘探系統(tǒng)最終要提交的成果是視電阻率色譜圖，該圖是用不同的色彩來反映地下不同深度、不同部位巖性介質的電阻率值大小，此圖是利用該套儀器專門配置的處理軟件FlashRES64S.EXE來反演生成的。

視電阻率色譜圖中相對低阻或高阻的部位，就是我們要查找的異常體，相對低阻或高阻的部位，由于顏色與周圍介質不同，因此在視電阻率色譜圖中還是非常直觀醒目的。一般在水利工程勘察中，我們比較關心的是構造破碎帶，而構造破碎帶由于巖體比較破碎，裂隙中可能還含泥含水等雜志，一般這種情況下會導致視電阻率值較低，因此我們可以認為低阻的條帶異常即推測破碎帶。根據異常體的直立或傾斜的形態(tài)與其它位置有規(guī)律背景的對比，即可確定異常體的規(guī)模與產狀。

2.3 地震層析成像勘探

地震折射層析法是目前較先進的折射解釋方法。Radon變換和反變換是地震層析成像方法的數學基礎。

首先對模型進行射線追蹤，計算炮點至檢波點間的最小走時，然后與實測初至波走時進行比較，通過最小二乘法修改模型，這樣反復疊代，使計算與實測初至波走時之差達到最小，則此時的速度模型即為反演結果。

3 工程實例分析

大葉溝水庫位于黑龍江省雙鴨山市東南部，是以城市供水為主，同時兼顧防洪、灌溉及森林防火備用水源等綜合利用水庫。

項目建議書中通過技術經濟比較后推薦下壩址為初選方案。下壩址水庫正常蓄水位 165.50m，相應庫容5460×104m3。

本次勘察工作采用淺層折射地震勘探、超高密度電阻率勘探及地震層析成像勘探來解決查明庫區(qū)的覆蓋層厚度、基巖埋深、劃分風化帶并探測構造破碎帶位置等問題。

以下壩址壩軸線上3種物探方法的應用效果來說明綜合物探在本次工程地質勘察中所發(fā)揮的作用,該線采用三種物探方法，分別進行了淺層折射地震勘探、地震層析成像勘探及超高密度電阻率法勘探。

3.1 淺層折射地震勘探

1)第1層：縱波波速在560-960m/s之間，解釋主要巖性測線起點附近該層為玄武巖及全、強風化粉砂巖；河左岸山腳部位該層為黏土夾碎石及全、強風化粉砂巖；河床靠近河左岸的部位該層為亞黏土、粉土夾砂、礫石、含礫石亞黏土及全、強風化粉砂巖；河床靠近河右岸的部位該層為亞黏土、礫石、含礫石亞黏土及全、強風化粉砂巖；河右岸河邊部位該層為亞黏土、礫石、黏土夾碎石及全、強風化砂巖；右岸山腳向山上的部位該層為黏土夾碎石及全、強風化砂巖；右岸向山上更高的部位該層為玄武巖及全、強風化砂巖；其它部位該層為黏土夾碎石、玄武巖及全、風化粉砂巖。該層厚度在20.4-39.6m之間。

2)第2層：縱波波速在1500-2700m/s之間，解釋巖性為XX6號鉆孔和XX7號鉆孔中間至測線末端該層為弱風化砂巖及弱風化粉砂巖，其它部位該層為弱風化粉砂巖，厚度在8.5-24.6m之間。

3)第3層：縱波波速在3600-4500m/s之間，解釋巖性河為微風化粉砂巖。

由本次在下壩址壩軸線上布置的淺層折射地震勘探資料最終繪制的剖面圖見圖2。

3.2 地震層析成像勘探

G—G’線0-1050m段(對應地震剖面水平距離0-1031.0m段)的地震層析成像斷面，從色譜圖上可以看出，整條測線介質不均勻，測線中間部分的深層縱波波速整體上相對較高，見圖3。

圖2 大葉溝水庫下壩址區(qū)壩軸線淺層折射地震勘探剖面圖

圖3 壩軸線(G- G’)0-1050m段地震層析成像斷面色譜圖

3.3 超高密度電法勘探

G’—G線的0-915m段(對應地震剖面水平距離0-906.76m段)的超高密度電法斷面，從超高密度電法反演結果可知，整條測線介質不均勻，測線中間部分的深層電阻率整體上相對較高，這一點與地震層析成像的高波速比較吻合。位于測線0+85m、測線0+309m、測線0+440m、測線0+510m、測線0+746m處及測線0+835m處發(fā)現6處明顯低阻異常，寬度分別約15m、20m、20m、15m、20m及15m，分別傾向大號方向、傾向大號方向、大號方向、小號方向、小號方向及小號方向，如圖4所示。

圖4 壩軸線(G-G’)左岸0-915m段超高密度電法斷面色譜圖

結合地震資料綜合分析，確定6條推測破碎帶Gf1、Gf2、Gf3、Gf4、Gf5、Gf6，分別位于測線0+85m、0+309m、0+440m、0+510m、0+746m、0+835m處，縱波波速分別為2300m/s、2000m/s、2000m/s、2400m/s、1900m/s、2500m/s，電阻率<100Ωm，寬度分別為15m、20m、20m、15m、20m及15m，分別傾向大號方向、大號方向、大號方向、小號方向、小號方向及小號方向。

4 結 語

多種物探方法綜合應用的效果是理想的，在水利工程勘察中采用綜合物探并參照相關的地質孔資料，對于解決庫區(qū)勘察的覆蓋層厚度、基巖埋深、風化帶劃分及構造破碎帶位置探測等問題還是很可靠的。相信隨著物探方法技術的不斷成熟，新的儀器設備不斷涌現，綜合物探在水利工程勘察領域必將發(fā)揮越來越大的作用。

[1]黑龍江省水利水電勘測設計研究院.黑龍江省雙鴨山市大葉溝水庫工程物探報告[R].哈爾濱：黑龍江省水利水電勘測設計研究院，2016.

[2]長春地質學院水文物探編寫組.水文地質工程地質物探教程[M].北京：地質出版社，1981：1，378，379.

[3]鄧一謙，雷宛.工程與環(huán)境物探[M].成都：成都理工大學信息工程學院，2003：2.

[4]中國水利電力物探科技信息網.工程物探手冊[M].北京：中國水利水電出版社，2011：373.

Application of Comprehensive Prospecting in Dayegou Reservoir Investigation

JIANG Jun1;SUN Bao-xi2and KANG Xue-xin1

(1.Mishan Urban River Affairs Management, Mishan 158300,China;2.Heilongjiang Provincial Water Conservancy & Hydropower Investigation,Design and Research Institute, Harbin 150080, China)

Three kinds of prospecting methods, including shallow refracting seismic exploration,high-density resistivity prospecting and seismic tomography exploration, were adopted in the project exploration relative with Heilongjiang Provincial Dayegou reservoir. The three methods were used on project site, and the interpretation of the follow-on information showed that the comprehensive application for various prospecting methods is perfect and proves dependable of accuracy by comparing with relative drilling information. Application of various prospecting methods might not only learn from each other and verify each other but also decrease the quantities of prospecting works appointed aimlessly and reduce the production cost, even though, some common geological methods difficult to be solved rapidly might be solved. Therefore, the comprehensive prospecting has vast potential in the field of water conservancy engineering investigation for future development and is valuable to be popularized widely in future project investigation.

comprehensive exploration; shallow refracting seismic exploration；high-density resistivity prospecting; velocity of longitudinal wave; speculation for broken zone

1007-7596(2017)05-0123-04

2017-04-16

姜軍(1965-)，男，工程師，黑龍江密山人，從事小型農田水利工程建設管理工作；孫寶喜(1977-)，男，山東萊陽人，高級工程師，從事工程物探工作；康學新(1966-)，女，黑龍江密山人，助理工程師，從事小型農田水利工程建設管理工作。

TV698；P631.3

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