综合物探方法在新建水库勘察中的应用

张以文, 张 卫, 邱占林, 肖玉林

(1.水发规划设计有限公司，济南 250014；2.龙岩学院 资源工程学院，龙岩 364012；3.安徽理工大学 地球与环境学院，淮南 232001)

0 引言

水库是一种保障基本民生供水、涵养水源、防汛抗旱等的水利工程，在保障民生、社会稳定、经济持续发展中发挥着巨大作用。对于新建水库的地质勘察，是建设初期首要了解的基本情况[1-2]。快速有效的地质勘察，摸清拟建位置的情况，有的放矢的建设初期除险加固处理，一直是水库从拟建到运行中安全管理的关键。必须开展水库勘查隐患勘查，查明相关地层情况。具体探查的手段分为破坏法和无伤法，为使现状地层探查中破损程度降至最小，物探手段以快速、无损、成本低等优势被广泛使用。可以用于水库探查的物探方法有基于电磁性差异的高密度电法、瞬变电磁法、探地雷达等，基于弹性差异的瑞雷面波、折射波探测技术和同位素监测、多传感器数据融合识别等其他探测手段[3-5]。鉴于地层地质情况的复杂性及单一物探方法分析判断的多解性，采用多种方法从不同角度对地质体进行分析，可大大提升对地层隐患探查的判断能力。结合工程实际，笔者对安徽某拟建水库的坝址进行了并行电法、浅层折射法的综合物探，通过分析探查的成果数据，效果良好。

1 综合物探方法

1.1 网络并行电法

并行电法是由安徽理工大学[6]提出的，在高密度电法基础上集电测深、电剖面优点于一身的多极距、多装置、高覆盖叠加的电法采集处理装置，并能够实现自然电位、视电阻率和激发极化参数等方面的瞬时性解编，使得视电阻率反演影像直观真实，解释、解译分辨率高。

并行电法系统是网络系统和智能电极的结合[7-8]，采用类似拟地震道记录的数据采集手段，通过电极对地面提供供电信号完成采集，降低了普通电法手段采集时的各种损耗、成本。根据电极采集装置的不同分为两种：①AM法;②ABM法。供电采集电位数据如图1所示。网络并行电法在工程勘察、堤坝监测等领域广泛应用，解决不少实际问题。

图1 并行电法采集电位图Fig.1 Potentiogram collected by parallel electrical method(a)AM法;(b)ABM法

1.2 浅层折射波法

折射波法分为①单边折射;②相遇折射波法。其工作原理是震源激发的地震波在传播中，当遇到地层波速界面会发生波的反射和折射，通过地面各个位置摆放的检波器接收最先达到的折射波，计算处理折射波到达地面的时间t0，同时结合波速参数来实现对基岩风化带划分并测出低速破碎带等情况。其中相遇折射波法可直接对探测界面进行分析与成图(图2)，解释结果较为直观。处理解释有①哈尔斯法;②T0法;③时间场法;④共轭点法。其中哈尔斯法对于基岩面落差较大，基岩内有速度异动的情况，能获取较好的波谱和较高的解释准确性，故比较适合进行山区覆盖层厚度探测[9-12]。

图2 折射波观测系统布置图Fig.2 Arrangement of refraction wave observation system

图3 测线4电法探测结果图Fig.3 Detection results of line 4 electrical method

2 探测实例及分析

2.1 地质概况

拟建安徽某水库是一座中型水利工程，具有供水、防洪功能。总库容为2.9×107m3，库区所在流域属无量溪河流域的中上游。建设区以低山为主，山前为峡谷，山地的地层岩性变化大。区内植被茂密，左右岸河坡陡峻，河坡局部岩石裸露，覆盖层不厚，河床段滩地多为耕地。

建设区主要为深厚沉积岩，地层主要有志留系下统的安吉组(S1a)和大白地组(S1d)、志留系上中统太平群(S2-3tp)等。拟建坝址主要岩性为细砂岩、细粒岩屑石英砂岩与泥质粉砂岩互层；库中心区内主要是花岗闪长岩、闪长斑岩。河床以砂卵石为主，地层比较复杂。采用震电综合手段探查拟建区域的第四系覆盖层厚度和基岩(砂岩)风化分带。

2.2 物探综合剖面布设

根据已收集地质资料，覆盖层厚度不大。由于第四系覆盖土层与下覆基岩之间存在明显的电性差别，且基岩埋深有限，为了提高探测结果的精度，现场分不同测线进行并行电法、浅层折射两种探测方法的数据采集。并行电法使用WBD-1型仪器2台以及专用电缆2根160 m、铜电极等,根据实际地形布设测线10条，测点间距为1.5 m～2.5 m，每条剖面最大长度为98 m。折射波法选用KDZ地震探测仪1台、TZBS高频检波14只，18磅重锤等，锤击法采集测线2条，测点间距为0.5 m～1.5 m，测线最大长度为70 m。

图4 测线4折射波探测结果图Fig.4 Refraction wave detection results of survey line 4(a)折射波记录;(b)结果剖面图

图5 河床区三维电阻率切片Fig.5 3D resistivity slice of river bed area

2.3 物探特征解释

测线较多，以典型测线4为例，进行电法、折射波法解析。

2.3.1 并行电法解释

通过对拟建区视电阻率倒三角剖面整体判断：松散层和其下伏基岩段岩层电阻率值存在很大差别，一般松散层电阻率在190 Ω·m以下、基岩段电阻率在190 Ω·m以上，分界值在190 Ω·m左右；而弱风化与微风化岩层电阻率分界值基本在400 Ω·m上下。河床左右岸岸坡测线岩体电阻率与河床内的也有一定不同，其覆盖层较薄，大部分电阻率值高于360 Ω·m，且局部也出现电阻率较低的区域。测线4位于下坝线上，测线起点1号至终点64号测线长度为66 m，探测结果二维反演如图3所示，图3中岩层电阻率分界明显，可看出其覆盖层厚度为0 m～5.5 m，而弱风化带界限在4 m～15 m左右。

2.3.2 浅层折射波解释

图4为测线4所完成的浅层折射波地震波记录及其结果剖面，该剖面对应近于测线4中10 m～25 m段，覆盖层纵波波速为700 m/s～750 m/s，基岩弱风化带纵波波速为2 400 m/s。可判断覆盖层厚度在2.0 m～4.0 m左右，与并行电法探测结果趋于接近。

2.4 物探综合解释

综合并行电阻率法、浅层折射波法探查成果，分析认为：

1)拟建库区坝址中河床内覆盖层厚度在0 m～6 m，厚度匀称。局部较深应是古河床原址。两岸山坡覆盖层不厚，约在0.5 m上下。覆盖层松散介质电阻率约190 Ω·m以下。图5为河床底部下方三维电阻率立体图，直观展示河床底部地层电阻率沿垂直方向上的变化趋势[13-14]。

基岩岩层有弱风化特性，电阻率值特性明显，结合附近钻孔ZK6(图6)可判定电阻率值在190 Ω·m～400 Ω·m区间的岩层为弱风化。其中河床下方岩层弱风化约在5 m～18.0 m深度，而两岸河坡基岩段风化特性不显著，局部在6 m以上。

图6 ZK6地质剖面与测线4电阻率剖面对比图Fig.6 Comparison of ZK6 geological profile and survey line 4 resistivity profile

3 结论

结合现有勘察探测手段的不足，通过并行电阻率法、浅层折射法结合的数据采集技术实现了针对复杂地质条件的精准剖析。通过钻探试验，验证该系统的可靠性。

1)并行电法技术采用拟地震类的采集模式，同步快速获取异常地质体的电阻率数据，为有效快速开展电法探查提供了较好的技术手段。

2)在新建水库、除险加固等探查中，综合物探方法发挥积极作用。根据地质情况选择合适的综合物探手段可以互相补充、佐证，加上必要的实地钻探验证，既能保证较准确的探测精度，又能节约不必要的耗资成本[15-17]。