浅层折射地震勘探在水利工程勘察中的应用

康学新，姜　军，孙宝喜

(1.密山市河务管理处，黑龙江 密山 158300；2.黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨 150080)



浅层折射地震勘探在水利工程勘察中的应用

康学新1，姜军1，孙宝喜2

(1.密山市河务管理处，黑龙江 密山 158300；2.黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨 150080)

摘要：为了对拟建奋斗水库库区进行相关的工程地质勘察，采用了浅层折射地震勘探方法，通过该方法的现场使用及后继地震资料的解释处理，表明：该方法野外操作简便，工作效率高，可节省大量的工程钻探费用；该方法资料解释得出的地层层厚，通过与相关的钻孔资料对比，基本吻合，较为精准；该方法发现的低速带与其它物探方法发现的异常相互比对，也基本一致。结论浅层折射地震勘探是一种高效快速、准确可靠、经济实用的物探方法，在水利工程勘察领域具有广阔的发展前景，在众多的工程勘察方法中值得采用。

关键词：浅层折射地震勘探；折射波；低速带；水利工程

0前言

地震勘探是通过观测和研究人工激发的弹性波在岩石中的传播规律来解决工程及环境地质问题的一种地球物理方法[1]。它是众多地球物理方法中的一个重要分支。

根据震源激发出的振动也称地震波向四周传播的波形特征，地震勘探可分为3种基本方法。它们是反射波法、折射波法、透射波法(地震测井)，3种方法在陆地和海洋均可应用[2]。

根据地震探测的深度不同，有中、深层地震勘探和浅层地震勘探之分。前者勘探深度达几百米至几公里(例如煤层及石油勘探)，后者探测深度由几米至几百米(例如工程及环境勘探)。

浅层折射波法，是利用人工激发的地震波在岩土界面上产生的折射现象，对浅部具有速度差异的地层或构造进行探测的一种地震勘探方法，是目前工程地震勘探中技术最成熟、应用最广泛的方法。

浅层折射地震勘探在水文地质及工程地质调查中，特别在解决有关水利、水电工程地质的问题中，当需要了解河床、水库底的构造时，应用浅层折射地震勘察并结合相应的地质钻探资料，往往会取得较理想的勘探效果。

实际工作中，浅层折射地震勘探主要用来划分地层，根据测得的纵波波速的数值范围，结合测线上的地质钻孔资料，就可以大致了解测线沿线的地下层位情况，结合其它物探方法，还可综合测定构造破碎带的位置、倾向、宽度等相关参数。

黑龙江省穆棱市奋斗水库坝址区勘察中采用了浅层折射地震勘探与高密度电阻率勘探相结合的综合物探勘察方法，本文即以浅层折射波法地震震勘探在黑龙江省穆棱市奋斗水库工程勘察中的应用实例，来证明浅层折射地震勘探在水利工程勘察中的勘探效果。

1工作方法

浅层折射地震勘探采用的仪器设备主要包括地震检波器、地震电缆和工程地震仪。地震检波器是安置在地面、水中或井下以拾取大地振动的地震波接收器；地震电缆起到把地震检波器接收的大地振动信号传递至工程地震仪的作用；工程地震仪则是在采集地震数据时，将检波器输出的电信号进行放大、显示并记录下来的专用仪器[3]。随着相关电子科技的不断发展，浅层折射勘探使用的仪器设备性能也不断提升，地震检波器的灵敏度有了很大进步，精度越来越高，地震电缆在防水、防冻及耐用性方面有了很大的改进，工程地震仪则集数据采集、实时显示、自动存储及简单的前期数据处理于一身，智能化程度越来越高，使用起来也越来越方便，而且工程地震仪的体积重量也越来越小了，这样就更加便携，在野外复杂的地形环境下，工作起来能减轻了不少负担。更可喜的是，由于仪器设备及工作方法的不断改进，浅层折射地震勘探目前的工作效率更是大大提高，过去一天完成500 m的工作量都挺紧张，现在每天完成1～2 km已是常态。

浅层折射地震勘探中，要求采用能激发地震波的震源来产生高频脉冲，以满足勘探深度要求。野外作业中常采用爆炸震源、锤击震源、落重震源等作为震源，爆炸震源一般使用的是雷管、炸药，锤击震源使用大锤、铁板，落重震源则是采用专用的机械装置将配套的重锤提升来砸击地面。目前多使用激发能量较大的爆炸震源。

折射波法外业工作包括下列内容：外业准备工作、生产前的试验工作、测网测线布置、观测系统的选择、仪器参数的选定、地震波的激发与接收、速度参数的测定、资料的检查与评价等[4]。

2资料解释

浅层折射地震勘探资料的定量解释方法采用常规t0差数时距曲线法和截距时间法。通过对地震资料数据文件进行整理，读取折射波传播时间，绘制折射波时距曲线图，采用常规t0差数时距曲线法和截距时间法计算，获得地下地震纵波速度及相应层厚度。当基岩相对同一层中出现纵波波速相对较低的部位，解释为低速带。出现低速带可能是由于岩体不完整(局部风化强烈、节理裂隙发育、岩石破碎等)或含水等原因造成的。低速带与其它物探方法发现的异常相互对照，如位置吻合则可定为构造破碎带。

3工程实例分析

奋斗水库行政区划隶属于黑龙江省穆棱市，位于穆棱市的西南，穆棱河上游，距穆棱镇的东南13km，坝址控制面积1740 km2。是穆棱河干流上规划推荐的主要控制性蓄水工程。该水库是一座以城镇供水为主，兼顾灌溉、防洪、生态环境、用水和发电的大型水利枢纽工程[5]。

根据2010年由黑龙江省水利水电勘测设计研究院编制的《黑龙江省穆棱市奋斗水库项目建议书》，水库校核洪水位为387.30m，总库容为2.12×108m3，正常蓄水位382.0m，相应库容1.47×108m3，主要包括拦河坝、溢洪道、输水洞和电站厂房等。

本次勘察工作采用浅层折射地震勘探解决探测相应测线覆盖层厚度、基岩埋深的问题，并依据浅层折射地震勘探发现的低速带结合高密度电法发现的低阻带，通过综合分析，来确定构造破碎带的位置及相关参数。

本次工作在奋斗水库上坝址上坝、上坝址中坝共布置12条物探测线，：A-A′线(上坝址上坝坝轴线)、B-B′线(上坝址上坝导流隧洞轴线)、C-C′线(上坝址上坝溢洪道轴线)、D-D′线(上坝址上坝引水段及厂房轴线)、E-E′线(上坝址上坝溢流坝轴线)、F-F′线(上坝址上坝隧洞轴线)、G-G′线(上坝址中坝坝轴线)、H-H′线(上坝址中坝上游辅助线)、I-I′线(上坝址中坝下游辅助线)、J-J′线(上坝址中坝引水坝段轴线)、K-K′线(上坝址中坝溢流坝段轴线)、L-L′线(上坝址中坝引水隧洞轴线)。首先在12条测线进行浅层折射地震勘探(测点距5m)，然后在12条测线进行高密度电阻率勘探(测点距5m)。

本次物探工作完成的12条测线具体位置详见图1。

图1　奋斗水库坝址区工程物探解释平面图

由于篇幅所限，本文仅以上坝址中坝引水隧洞轴线的地震勘探解释结果为例进行说明。

经过对地震原始数据的处理、计算及绘图等程序，可对上坝址中坝引水隧洞轴线(L—L’)分析如下：

第一层：纵波波速在480～690m/s，解释主要岩性为全、强风化花岗岩。该层厚度在0.5～7.2m。

第二层：纵波波速在2100～2800m/s，解释岩性为弱风化花岗岩，厚度在30.7～36.6m。

第三层：纵波波速在3800～4600m/s，解释岩性为微风化～新鲜花岗岩。

通过地震勘探解释有一条低速带，位于距测线起点(L点)302m附近，纵波波速为2000m/s。

图2为L—L’线的高密度电法断面，从高密度电法反演结果可知，整条测线介质不均匀，距测线起点(L点)302m处有一明显带状低阻异常，宽约20m，倾向小号点，推测为构造破碎带。

图2上坝址中坝引水隧洞轴线高密度电法断面

通过浅层折射地震地震勘探发现的低速带与高密度电法勘探发现的低阻带综合分析对比，最终解释1条构造破碎带Lf1。位于水平距离302m附近，纵波波速为2000m/s，宽约为20m，倾向小号点。

最后，根据浅层折射地震勘探资料解释出的波速及相应层厚度数据，并结合L线上的地质钻孔资料(浅层折射地震勘探解释层厚与钻孔资料较为吻合)，绘制L线的地震剖面图见图3。

图3上坝址中坝引水隧洞轴线浅层折射地震勘探剖面图

4结语

通过浅层折射地震勘探在黑龙江省穆棱市奋斗水库工程勘察中的实际应用效果，可以看出，该方法野外操作简单便捷，后期的资料处理也比较成熟可信，在与其它物探方法的对比分析中也体现了较高的精度，不失为一种成效显著的物探方法，在未来水利工程勘察中，浅层折射地震勘探应该占有一席之地，值得加以推广应用。

参考文献：

[1]邓一谦，雷宛.工程与环境物探[M].成都：成都理工大学信息工程学院，2003：125-134.

[2]单娜琳，程志平，刘云祯.工程地震勘探[M].北京：冶金工业出版社，2006：1-4.

[3]长春地质学院水文物探编写组.水文地质工程地质物探教程[M].北京：地质出版社，1981：170-227.

[4]中国水利电力物探技术信息网，工程物探手册[M].北京：中国水利水电出版社，2011：247-281.

[5]黑龙江省水利水电勘测设计研究院.黑龙江省穆棱市奋斗水库工程物探报告[R].哈尔滨：黑龙江省水利水电勘测设计研究院，2012.

中图分类号：P631.4；TV221

文献标识码：B

[作者简介]康学新(1966-)，女，黑龙江密山人，助理工程师；姜军(1977-)，男，黑龙江密山人，工程师；孙宝嘉(1965-)，男，山东莱阳人，高级工程师。

[收稿日期]2016-02-05

文章编号：1007-7596(2016)03-0114-03