综合物探方法在某水电站坝前滑坡勘察中的应用

曹莉苹，贾建超，陈 静，刘金辉

综合物探方法在某水电站坝前滑坡勘察中的应用

曹莉苹，贾建超，陈 静，刘金辉

（四川中成煤田物探工程院有限公司，成都 610072）

某水电站坝址下游左岸分布一堆积体，在正常泄洪条件下，堆积体的稳定状况影响坡体上居民安全。本次采用高密度电法和浅层地震反射法相结合的综合物探方法，用以查明堆积体的厚度、范围及基岩顶板界面的起伏形态，为工程地质提供物性参数。成果显示，该堆积体覆盖层与下伏基岩在电性及波速上均存在着明显的物性差异；堆积体厚度变化范围在8～80m之间。

综合物探；高密度电法；浅层地震反射法

某水电站坝址下游左岸0.4～1.0km范围内分布一堆积体，此堆积体对于该水电站坝址而言，在正常泄洪（校核洪水位682.35m）条件下，滑坡地段河水水位将上升约15m，在一定程度上恶化堆积体的稳定状况，其边坡稳定性如何有待深入研究[1]。一旦整体失稳，可能会造成天然坝堵塞通口河，并严重威胁坡体上居民安全。本次物探工作采用高密度电法及浅层地震反射法用以查明堆积体的厚度、范围及基岩顶板界面的起伏形态，为工程地质提供物性参数。

1 测区地形、地质概况及地球物理特征

1.1 测区地形、地质概况

堆积体位于水电站坝址下游左岸两沟之间（厂区下游），呈扇形，上下游均受冲沟控制。根据钻探ZKX32、ZKX33揭示，前缘覆盖层厚41.5～58.7m；且在埋深14～18m、21～26m、41～58m有厚0.15～7.7m的灰白灰绿色碎砾石粉土（可能为滑带物质）。测区第四系松散堆积物按成因为崩坡积（Q4col+dl），结构松散；测区基岩岩性主要为灰黑色薄-中厚层状粉砂质细晶灰岩与千枚岩不等厚互层和灰黑色中厚层状粉砂质细晶灰岩。

1.2 地球物理特征

由物探实测资料表明，本区覆盖层块碎石土电阻率为200～1 500Ω.m，地震纵波速度为1 200～ 1 400m/s；基岩为千枚岩与灰岩互层，其中千枚岩电阻率相对较低，一般为200～500Ω.m，而灰岩电阻率相对较高，其变化范围为800～1 500Ω.m，推测基岩地震纵波速度为3 000～4 500m/s。测区完整基岩与堆积体覆盖层之间在电性及地震波速度上均存在明显差异，具备采用高密度电法及浅层地震勘探的物理前提[2]。

2 物探工作方法技术

2.1 高密度电法

高密度电法的基本原理是以地下目标体和周围介质之间的电性差异为基础进行探测的一种地球物理勘探方法[3]。基本工作方法是在预先选定的测线和测点上，同时布置几十乃至上百个电极，然后采用多芯电缆将它们连接到特制的电极转换装置上，后者可根据操作员的指令，将这些电极组合成指定的电极装置和电极距，然后用自动电测仪进行数据采集，便可快速地完成多种电极装置和多电极距在观测剖面的多个测点上的电阻率法观测工作[4]。资料解释是采用与之相配套的数据处理、成图和解释等专用软件，便可快速及时地完成地质勘察任务[5]。

本次工作采用温纳装置，该装置测试数据稳定性好，对垂向电性变化反映较为明显，反演深度准确。

2.2 浅层地震反射法

浅层地震反射波法是利用地震波的反射原理，对具有波阻抗差异的地层或构造进行探测的一种地震勘探方法[6]。

水平迭加技术是反射波地震勘探的基本工作方法。水平迭加技术具有压制规则干扰波，是提高信噪比的主要方法；由于水平迭加是采用不同激发点和不同接收点对同一反射点进行多次观测，可避免因局部激发和接收条件变化对观测结果所造成的误差；由于浅层反射法所需震源能量较小，一般使用锤击等非爆炸震源[6]。

浅层地震反射数据处理是为了提高浅层反射资料分辨率和信噪比；浅层地震反射资料解释包括对同相轴的定性和定量解释[6]。

图1 物探剖面布置图

3 成果分析

为查明该水电站坝前堆积体的厚度、分布范围及基岩顶板界面的起伏变化形态，在堆积体部位共布置了7条物探剖面，其中A、B、F、G剖面为顺河向剖面，小桩号均位于上游位置；C、D、E剖面为垂直河向剖面，小桩号在大高程位置。除了在A、B、C、D、E、F剖面采用高密度电法测试外，同时在A、F、G剖面上进行了浅层地震反射法探测。物探剖面布置详见图1。

3.1 各剖面成果分析

3.1.1 A剖面

A剖面位于堆积体中部，剖面大致沿地形等高线布置。剖面地形起伏相对较小，其地面高程在770～805m之间变化，剖面长度为894m。在该剖面上除采用高密度电法对整条剖面进行测试外，同时在剖面桩号A-174～A-396测段布置了浅层地震反射法进行探测。该剖面以高密度电法解释资料为主，浅层反射法为辅绘制成果图件（图2）。

图2 A剖面物探解释成果图

图3 B剖面物探解释成果图

A剖面覆盖层厚度变化趋势是剖面上、下游两侧浅中间部位深，其厚度在22～77m之间变化，即在A-48处覆盖层厚度为22m，然后逐渐增厚，在A-150～A-306间较为平缓，其厚度多在45m左右变化，在桩号A-350～A-588之间测段覆盖层相对较厚，一般在65～77m之间，最深位于A-402处为77m，自桩号A-588以后向大桩号方向逐渐变浅，A-786处覆盖层厚度为42m。基岩顶板界面总体形态呈“凹”形状。

3.1.2 B剖面

B剖面位于堆积体前缘上部，剖面大致沿地形等高线布置。剖面地形起伏相对较小，其地面高程在690～740m之间变化，剖面长度为714m。该剖面采用高密度电法对整条剖面进行测试，成果解释图详见图3。

B剖面覆盖层厚度表现为上游侧浅，其他部位相对较厚，厚度变化在41～76m之间。其中在B-105桩号处覆盖层厚度为41m，自剖面桩号B-160至B-582之间测段覆盖层厚度变化不大，其厚度一般多分布在60～70m之间，最深处位于B-342桩号附近可达76m。基岩顶板界面起伏变化相对较小，只是在桩号B-350部位呈微“凹”形状。

3.1.3 F剖面

F剖面在导流硐出口下游位置，地面高程在670～680m，剖面长度为236m。在该剖面上同时采用高密度电法和浅层地震反射法进行探测，在资料解释中，主要以高密度电法为主，浅层地震反射法为辅进行绘制成果图件，成果图见图4。

图4 F剖面物探解释成果图

分析F剖面成果图可知，覆盖层厚度在8～29m之间变化，其中在剖面小桩号测段覆盖层厚度较浅，桩号F-16处其厚度仅为8m，自桩号F-50～F-175测段覆盖层厚度多为20～28m，最厚处位于F-120附近，厚度深达29m。基岩顶板界面起伏变化由小号侧稍陡逐渐变缓直至平缓状。

3.1.4 G剖面

G剖面位于堆积体前缘部位的顺河向剖面，地形变化起伏相对较小，地面高程在670～690m之间，剖面长度为428m。在该剖面上只采用浅层地震反射法进行勘探，成果图见图5。

G剖面覆盖层厚度在24～40m之间变化，其中在桩号C-10处覆盖层厚度为24m， G-360附近相对较深，其厚度为40m。基岩顶板界面起伏总体与剖面地表起伏形态相当。

图5 G剖面物探解释成果图

3.2 综合分析

综合分析物探资料，并结合已知钻探成果资料，可见堆积体总的趋势是：堆积体后缘大部分地段（厚度多为30～45m之间）和前缘部位(厚度一般多在30m以内)相对较浅，而在前缘上半部偏下游侧部位堆积体厚度相对较厚，多数分布在60～80m之间（如A、B、C、D、E等5条剖面的交点位置覆盖层厚度分别为：AC交点63m、AD交点74m、AE交点68m、BC交点68m、BD交点72m、BE交点63m及钻探ZKX65为63.2 m 、ZKX37为79.6m等）。根据本次物探资料绘制的滑坡堆积体基岩顶板高程等值线图见图6。

4 结论

本次物探成果表明，该水电站坝前堆积体部位覆盖层与下伏基岩（千枚岩与灰岩互层）之间，在电性及波速上均存在着明显的物性差异，故在该区采用高密度电法和浅层地震反射法相结合的综合物探方法，用以查明堆积体覆盖层厚度及基岩起伏形态是可行的[6]。

该水电站坝前堆积体厚度变化范围在8～80m之间，其中在堆积体后缘及上、下游部位堆积体厚度多数为30～45m之间；前缘部位堆积体厚度相对较浅，其厚度一般多在30m以内，而在堆积体前缘上半部偏下游侧部位覆盖层厚度多数分布在60～80m之间。堆积体组成物主要为块碎石土，由于其含泥量差别较大，因此其电阻率变化范围也较大为200～1 500Ω·m，地震纵波速度为1 200～1 400m/s；基岩岩性为千枚岩与灰岩互层，其中千枚岩电阻率为200～500Ω·m，灰岩电阻率为800～1 500Ω·m，推测基岩地震纵波速度为4 000～4 500m/s。

图6 堆积体基岩顶板高程等值线图

[1] 白明志，张泽坤. 浅谈通口河某库岸堆积体滑坡的成因分析[J].山西建筑, 2008,34(31):105-106

[2] 江玉乐，张朝霞，周清强. 高密度电阻率法在覆盖层厚度探测中的应用[J].煤田地质与勘探, 2007，35(3):69-72

[3] 邓希贵，何朝新，江长森，杨寿成，王羿磊. 塔吉克斯坦亚湾水电站的工程物探勘察[J].四川水力发电，2008, 27(S3):86-88

[4] 肖宏跃，雷宛，雷行健.高密度电阻率法中几种装置实测效果比较[J].工程勘察, 2007, /(09):67-71

[5] 何晓涛，刘加文.高密度电法在隧道岩溶勘察中的应用[J].科技风, 2011, /(04):137-138

[6] 刘文伟，湖南境内高速公路滑坡的动力学过程与监测预报研究[D].中南大学博士论文, 2006

The Application of Comprehensive Geophysical Methods to the Landslide Survey of a Hydropower Station Dam

CAO Li-ping JIA Jian-chao CHEN Jing LIU Jin-hui

(Sichuan Zhongcheng Institute of Coalfield Geophysical Engineering, Chengdu 610072)

A deposit body with a length of 0.4-1.0 km is distributed over the left bank of the downstream of a hydropower station dam. The slope stability of the deposit body needs further study. The high density resistivity method and shallow seismic reflection method are used finding out the thickness and range of the accumulation body and the undulating pattern of bedrock roof interface which provides physical parameters for engineering geology. The results show that the thickness of the deposits ranges from 30 m to 45 m in the rear margin ranges, from 60 m to 80 m in the upper and lower reaches of the front part and mostly less than 30 m in the front part.

comprehensive geophysical exploration; high-density resistivity method; shallow seismic reflection method

2018-10-19

曹莉苹（1986-），女，四川泸州人，工程师，主要从事地球物理勘探工作

P631

A

1006-0995（2019）03-0481-04

10.3969/j.issn.1006-0995.2019.03.027