浅析综合物探在某水利枢纽工程坝址勘探中的应用

摘要：随着我国社会经济建设的快速发展，城市基础设施建设规模不断扩大，特别是水利水电设施的建设，一些大型的水利枢纽工程数量日益增加。地质勘察是水利枢纽工程的首要环节，尤其是地质复杂的地区，其勘察质量直接影响到水利工程的使用功能及质量安全。综合物探技术近年来应用较为广泛的一种具有重要价值的勘探技术，它能够大大提升地质勘察的速度和质量，是地质勘察现代化水平的重要标志。

关键词：物探技术；水利枢纽；坝址勘探

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一、工程实例

某水利枢纽工程具有防洪、灌溉、改善生态和发电等综合效益。枢纽建拦河坝坝高约45m，正常蓄水位78.00m，相应库容26.739亿m3，校核洪水位84.903m，水电站装机180MW，船闸设计通航标准为2×1000t，工程等级为I等，工程规模为大型水库，是一座以防洪为主兼顾发电、航运、灌溉、旅游等综合利用的水利枢纽工程。为查明坝址区河床内覆盖层厚度和分层情况，并获取各地层动力学参数，同时查明覆盖层内胶结砂砾石层的埋藏深度、厚度和分布范围，开展了综合物探技术工作。

根据测试结果，河床表层松散砂卵砾石层纵波速度600~1200m／s，横波速度小于400m／s，含水较密实砂卵砾石层纵波速度1900～2400m／s，横波速度600～1200m／s，胶结砂卵砾石层纵波速度2600～3800m／s，横波速度800～1200m／s，砂卵砾石层电阻率260～6000Ω•m，较完整岩体纵波速度4500~5200m／s，完整岩体纵波速度5200～6200m／s，电阻率400～900Ω•m。从岩土之间存在较明显的波速和电阻率差异来看，该区域具备地震和电法勘探的应用条件。

二、工作方法选用与工作布置 (一)工作方法选用 为了排除和减少物探资料的多解性，提高勘探精度，在工作中选用了多种勘探方法进行综合勘探，具体工作布置及方法选用如下：

1、电测深法

电测深法一般采用对称四极装置。布极方向在河床和阶地一般顺河向布设，以减少表层不均匀性和地层起伏的影响。在两岸山坡一般沿等高线或顺山脊布设。水上电测深法一般采用三极法顺河漂浮电缆观测。

2、地震法探测

地震排列方向一般顺河方向布设。水上地震勘探排列，当水面较宽、水流较缓、水较深和覆盖层较厚时，可采用漂浮电缆顺河布设地震剖面，按有关规定测定排列及激发点位置。当水面较窄、覆盖层不厚、水较浅和不影响通航时，可采用横河方向布置地震剖面;有条件跨河架设钢丝绳时，采用水面或水下布置接收排列，两岸激发(纵测线)或上、下游水中激发(非纵测线)方式;不便于布置水上接收排列时，可采用两岸接收、水上逐点激发的方式。

当布置横河方向地震剖面采用相遇观测系统时，应考虑是否具有探测任务所需要的相遇段。

当布置横河方向地震剖面采用上、下游激发的非纵测线接收方式时，测线岸边应有露头点或勘探点。在选择上、下游激发点位置时，应考虑尽量避免旁侧影响。

3、面波法 采用1～2m道间距，4Hz检波器接收，24道采集，偏移距为5m和10m等距离，锤击震源，工作目的为配合地震折射波法查明河床覆盖层内胶结层的埋深、厚度、分布范围及获取地层横波速度。 4、地震单孔竖井波速测试 单孔测试采用地面锤击，孔中接收，浅部地层测试偏移距1～2m，较深部地层测试偏移距3～5m，测试点距1～2m，采用三分量检波器接收，竖井测试采用地面扣板法激发，在竖井内接收的方式，测试点距1．0m，工作目的为获取河床内覆盖层纵波速度。 5、跨孔对穿CT测试 钻孔间地震跨孔对穿CT测试采用一个孔内爆炸激发，另一个孔内使用12道检波器串接收的方式，自孔底向上呈扇形连续测试，激发点距1.0～2.0m，接收点距2.0m，工作目的为获取河床覆盖层内纵波速度及胶结层的埋深、厚度和分布范围。

6、坝基施工检测的方法技术

(1)坝基建基面检测，主要是测定原定建基面设计高程以下一定空间范围内低速岩体的垂向分布及水平分布规律。通常是在钻孔中进行，钻孔一般按坝块和坝段布置。测试方法有垂向声波测井和地震检层测井;水平向地震跨孔测试和电火花声波的孔间穿透。

在断层破碎带及裂隙密集带的地段可辅以白然电位测井、伽

玛测井和密度测井。

(2)边坡开挖范围的测定，主要是对边坡风化卸荷带及低速岩体厚度的确定，物探方法可采用地震纵测线(小排列)进行，并配合风钻孔声波测试。

三、应用情况 首先对坝址区钻孔旁的面波点进行定量解释，提取各层的厚度和面波速度，然后结合钻孔地质资料，确定覆盖层相对应的面波速度范围值。最终以此范围值结合频散曲线拐点特征划分其它面波点覆盖层的厚度，确定基岩界线。 综合坝址区钻孔孔旁面波点的勘探资料，结合钻孔地质编录，统计出坝址区不同岩性的剪切波速度（见表1）。

表1 坝址区岩层剪切波波速表

从各层剪切波波速的范围值来看，均存在波速重合段，说明覆盖层与下伏基岩的波速差异在局部位置是较小的，层位的划分必须结合频散曲线拐点特征进行。

(一)坝址船闸轴线覆盖层勘探

本阶段物探工作在坝址右岸船闸轴线各布置一条多道瞬态面波勘探和高密度电法测试剖面。

从下坝址（下坝线）船闸轴线面波等波速剖面图和物探推断成果图看下坝址下坝线右岸船闸轴线剖面覆盖层为粉质粘土、砂卵石，覆盖层厚度变化不大，厚度约在17.4m-20.5m之间，砂卵石厚度在3m-4.5m之间，分层较稳定。

利用坝址船闸轴线覆盖层勘探，对于参数进行调整，取得较好的观测数据。高密度电法可较好观测到基岩的起伏，但在定量解释精度上没有面波法解释的精度高。

(二)料场砂砾石厚度勘探 砂砾石料场布置了5条多道瞬态面波勘探短剖面，剖面侧重于砂砾石厚度的探测。 砂砾石料场Ⅰ-Ⅰ剖面，砂砾石层厚度一般为4.0-7.0m，平均厚度约为6.0m，呈剖面左段深、右段浅的趋势；Ⅱ-Ⅱ剖面，砂砾石层厚度一般为5.0-10.0m，平均厚度约为7.0m，呈剖面左段深、右段浅的趋势；Ⅲ-Ⅲ剖面，砂砾石层厚度一般为9.0-11.0m，平均厚度约为10.0m；Ⅳ-Ⅳ剖面，砂砾石层厚度一般为9.0-13.0m，平均厚度约为10.0m；Ⅴ-Ⅴ剖面，砂砾石层厚度一般为10.0-14.0m，平均厚度约为12.0m，呈剖面左段深、右段浅的趋势。

(三)下坝址区构造的勘探 根据下坝址区钻孔声波测井资料分析，泥岩与砂岩多呈互层状发育，泥岩波速较低，砂岩波速较高，且砂卵砾石层与泥岩波速接近，均不利于折射波法的开展，因此，在下坝址区对构造的勘探，物探方法宜采用高密度电法，同时展开联剖观测。 左岸布置了2条高密度电法剖面线，Ⅳ线与Ⅶ线，布线方向近垂直下坝址的坝轴线。从视电阻率断面等值线图上看，Ⅳ线与Ⅶ线的等值线分布形态在总体上基本一致，只是线上覆盖层较薄，局部基岩出露，而Ⅶ线上覆盖层较厚，故在等值线图上Ⅵ线与Ⅶ线等值线分布形态在浅部存在差异。

(四)坝基岩体力学参数 通过对上下坝址区的钻孔进行的大量的单孔声波测试，统计分析得出不同岩体的纵波速度成果。

上坝址泥岩的纵波速度主要分布在2170-3000m/s，完整性系数KV在0.23-0.44，KV平均值为0.33，砂岩的纵波速度主要分布在2100-2970m/s，完整性系数KV在0.18-0.35，KV平均值为0.27。

下坝址砂岩的纵波速度主要分布在2000-4000m/s，完整性系数KV在0.16-0.64，KV平均值为0.40，灰岩的纵波速度主要分布在4000-5000m/s，完整性系数KV在0.57-0.89，KV平均值为0.73，泥岩的纵波速度主要分布在2000-3000m/s，完整性系数KV在0.20-0.44，KV平均值为0.32。

结语

综合物探技术以其诸多的优点在许多建设工程地质勘察中得到广泛的应用，但各种物探技术都有自身的适用性和局限性。因此，建设人员需要根据被探测的目的层或目的物的埋深、规模及其与周边介质的物性差异，选择合适的物探方法。同时针对一些复杂的技术难题，可采取多种物探方法综合应用的方式，从而为建设工程提供科学的依据。

参考文献

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