综合物探在古河道探测中的应用

汤 博

（河北省水利水电勘测设计研究院集团有限公司，天津 300220）

南水北调东线二期工程规划是通过扩大东线一期工程的规模向北延伸，规划输水干线线路总长1785.4 km，黄河以北段推荐线路总长809.9 km，其中临吴渠145.5 km。本文以临吴渠为例，针对工程地形、地质特点，利用高密度电法和瞬态瑞雷面波法相结合的综合物探方法，查明扩、改建渠道及交叉建筑物是否存在区域性隐伏断层、古河道等地质问题。

1 地质概况及地球物理特征

1.1 地质概况

根据勘察成果，勘探深度范围内，工程区位于河北省冀中平原的邢台市、衡水市和沧州市，地形总体比较平坦开阔，且区域内河道较多，总体地势自西南向东北缓慢倾斜。揭露的地层为第四系全新统冲洪积及湖沼积成因地层，岩性主要有壤土、砂壤土、黏土、粉砂及细砂等。

1.2 地球物理特征

根据第四系松散层地球物理特征参数统计结果可见，如表1～表2，不同介质之间存在着较明显的电阻率差异及波速差异，地下介质中出现区域性隐伏断层、古河道的变化时，其电阻率值及瑞雷波速也随之变化，尤其是出现古河道特有的砂、卵石时电阻率会随之增高，电性一般呈相对高电阻反应，相应的瑞雷波速则会出现高速带。采用高密度电法大范围查找电阻率高阻异常同时在相应位置辅以瑞雷面波探测相结合的物探方法，可查找地下介质的电阻率及瑞雷波速差异，寻找“高阻”“高速”异常，作为古河道异常的重要物性标志。

表1 工区内第四系松散层电阻率统计

表2 工区内第四系松散层速度统计 单位：km/s

2 基本原理及工作方法

2.1 高密度电法基本原理及工作方法

高密度电法是利用垂向直流测深和电剖法的基本理论，利用高密度电法测量系统中的计算机软、硬件，控制在相同的多芯电缆上与多个电极相连，构成多个垂向测深点或多个不同探测深度的探测剖面，并按照控制系统中选取的探测设备，根据测深点位置的排列或探测剖面深度顺序，逐点逐层检测，实现自动布点、自动跑极、自动供电、自动观测、自动记录、自动计算、自动存储，在测量系统中形成多个垂向测深点或多个探测。

本次高密度电法勘探使用重庆地质仪器厂生产的DZD-8 多功能全波形直流电法仪，应用其高密度电法勘探并采用温纳装置。电极间距设定为5 m，共120 根电极，最大隔离系数为10，最高供电电压360 V，重复观测相邻两个排列之间的电极数量30 个，如图1。

图1 高密度电法工作布置及记录剖面示意图

本次使用G3RTOMO 6.0 高密度软件解释系统，首先将储存数据转换成图像处理，经过正、反演计算，可生电阻率断面色阶图，而不同的电阻率在断面色阶图上用不同的颜色来显示。通过颜色深浅就能判断剖面的电阻率分布特征，再结合地质勘探成果，就可对该条剖面反映地层及其可能存在不良地质体进行有效解译。

2.2 瞬态瑞雷面波法基本原理及工作方法

本次采用瞬态瑞雷波探测，瞬态瑞雷面波的特点是介质表面的频散特性，不同频率的波在介质中传播速度不同，利用这种特性可对不同介质进行分层。面波勘探与地层速度的关系。折射波法要求下覆层速度大于上覆层速度，反射波要求各层介质间存在波阻抗差异，而面波勘探不受上述物性条件制约，仅要求各层介质间存在横波速度差异，由于横波速度主要与介质密度或介质的松散与密实程度有关，因此在地层划分方面有较好的分辨能力，较适合于本次工作中查找古河道的任务，尤其是密实度差异较大的壤土层和砂层。

使用的仪器为美国NZXP24 地震仪，震源为20磅大锤。在工作正式开展前，先进行参数试验，通过试验波形，如图2，来选取适合的空间域与时间窗口，并确定偏移距。经过反复现场试验，采用重庆地质仪器厂生产的4 Hz 低频垂直检波器，接收道数设为24，道间距2 m，偏移距12 m，采样间隔250 μs，记录长度1024 ms。

图2 展开排列后多道检波器接收的有序波形

瞬态瑞雷面波的资料整理采用核工业北京地质研究院编制的SWSview 地震瑞雷面波测深数据处理分析软件。其主要流程：①瑞雷面波波数据资料预处理→②生成瑞雷面波频散曲线→③频散曲线分层、反演瑞雷面波速度及确定层厚→④统计分析测点在强夯影响深度范围内的瑞雷面波速度。

3 成果分析

经过高密度电法大范围探测后发现渠道左岸桩号22+800～24+000 范围内存在高阻异常，如图3；在异常位置增加1 个瑞雷波剖面，如图4；为探测准确性在渠道右岸相同里程范围内增加布置高密度电法剖面，如图5；瑞雷波剖面如图6。

图3 临吴渠段（22+963～24+008）左岸高密度电法成果

图4 临吴渠段（23+257～23+612）左岸瑞雷面波成果

图5 临吴渠段（22+808～24+003）右岸高密度电法成果

图6 临吴渠段（23+230～23+780）左岸瑞雷面波成果

根据渠道左岸勘探成果，本段下部揭露厚层粉细砂层，顶板埋深8～12 m，揭露最大厚度18 m。

通过综合物探成果图显示，渠道左岸桩号23+450～23+700 范围内电阻率呈连续性高阻分布，电阻率为25～60 Ω·m，顶板埋深8～12 m，厚度18 m；相同位置的瑞雷面波剖面在埋深12～25 m 处，出现高速层反应，波速200～280 m/s，且波速分界面明显。渠道右岸桩号23+350～23+600 范围内电阻率呈连续性高阻分布，电阻率27～150 Ω·m，顶板埋深8～12 m，厚度18 m；相同位置的瑞雷面波剖面在埋深12～20 m处，出现高速层反应，波速230～280 m/s，且波速分界面明显。

综合勘探和物探成果分析，该段发育浅埋型古河道，主要为粉细砂层局部夹有砂壤土，分布较稳定且东南向斜穿渠道。

4 结语

通过对南水北调东线临吴渠进行勘察，采用高密度电法和瞬态瑞雷面波相结合的综合物探方法，并结合钻探成果，查明浅埋型地下古河道的存在。该工程证明综合物探手段切实可行，且可互相验证、取长补短，相比单一物探方法为地质勘察提供更为准确的依据，为类似工程勘察提供借鉴。