综合物探在大叶沟水库勘察中的应用

姜 军，孙宝喜，康学新

(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)



推广应用

综合物探在大叶沟水库勘察中的应用

姜 军1，孙宝喜2，康学新1

(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)

在黑龙江省大叶沟水库相关的工程地质勘察中，采用了浅层折射地震勘探、超高密度电阻率勘探及地震层析成像勘探这三种物探方法，通过三种方法的现场使用及后继相关资料的解释处理，表明：在实际勘察中，物探多种方法的综合运用效果是理想的，通过与相关钻孔资料的对比，证明精度也是是可靠的，多种物探方法综合运用，不但可以取长补短，相互印证，还可以减少盲目布置的勘探工作量，降低勘探成本，甚至还可以解决某些常规地质方法难以快速解决的问题。由此看出，综合物探在水利工程勘察领域具有广阔的发展前景，在今后的工程勘察中值得继续推广。

综合勘探；浅层折射地震勘探；超高密度电阻率勘探；地震层析成像勘探；纵波波速；推测破碎带

0 前 言

在地表某一区域建设一个工程项目之前，首先要先查明该区域地下的地质构造情况，也就是要进行工程地质勘察，工程地质勘察的方法有很多，除了常规的钻探、坑探及井探等纯地质勘探方法外，还有一大类称为物探。物探是一种成效显著的现代化探测手段，在地质工作中占有重要地位。

物探，即地球物理勘探，是用物理方法来勘探地壳上层岩石的构造与寻找有用矿产的一门新的学科。它是根据地下岩层在物理性质上的差异，借助一定的装置和专门的物探仪器测量其物理场的分布状况，通过分析和研究物理场的变化规律，结合有关地质资料推断出地下一定深度范围内地质体的分布规律，为钻探工作提供重要依据。

以研究不同地球物理场空间分布规律为基础的各种物探方法，种类繁多，正在得到广泛的应用，大大地提高了人们对地下地质构造的认识能力。探测对象与围岩的物性差异是产生物探异常的前提条件。没有物性差异，就没有物探异常，也就不能进行物探工作。由于各种物探方法是基于不同的物理参数来达到探查地下地质构造的目的，因此又各有其应用条件和局限性，只有运用综合物探手段，多种物探方法取长补短，相互印证，才能最大限度地提高物探方法的探测精度，为地质勘探提供客观地反映地质构造的可靠资料。因此物探工作是整个地质勘探过程的不可或缺的一部分。

在水利工程勘察中，一般要查明库区的覆盖层厚度、基岩埋深、划分风化带并探测构造破碎带位置。此时依照工作目的采用相适用的物探方法即可很好地解决上述问题。浅层折射地震勘探对于地下垂向的地质构造具有精度较高的分辨率，结合相应的地质钻探资料，可以很好地解决库区覆盖层厚度、基岩埋深、划分风化带等地下分层方面的问题；超高密度电阻率勘探及地震层析成像勘探对于地下水平方向的地质构造及异常具有精度较高的分辨率，结合相应的地质钻探资料，可以很好地解决库区构造破碎带位置的问题，超高密度电阻率勘探是基于电阻率的差异来分辨水平向的地质目标体，而地震层析成像是基于纵波波速的差异来分辨水平向的地质目标体，两种方法又可以相互印证，进一步提高解释的精度。

文章即以浅层折射地震勘探、超高密度电阻率勘探及地震层析成像勘探这三种物探方法在黑龙江省双鸭山市大叶沟水库工程勘察中的应用实例，来印证一下综合物探在水利工程勘察中的勘探效果。

1 方 法

1.1 浅层折射波法地震勘探

仪器使用美国SI仪器公司生产的S-FLEX 36道微型主机全数字化地震勘探仪，采样间隔为0.2-0.5ms，记录长度为204.8-512ms，检波器为宽频数字检波器，共计36道。地震勘探采用的观测系统为多重相遇追逐观测系统。检波点距5m及7.5m，排列长度175m及262.5m。排列间首尾相接，便于有效波的连续与追踪。

1.2 超高密度电阻率法勘探

本次使用仪器是由澳大利亚ZZ Resistivity Imaging研发中心研制的FlashRES 64多通道超高密度直流电法仪。

进行超高密度工作时，我们分别将两根带有32个电极(电极距为5m或10m)的电缆沿勘探线布置，来检测地下地层电阻率变化情况。两个电缆布置后，做一次数据测量。一次数据的测量一共可得到约为6万对的数据量(每对数据包括一个电压值和一个电流值)。一次测量可覆盖5m点距为315m。

1.3 地震层析成像勘探

1.3.1 方法原理

地震折射波法属于弹性波层析成像范畴，该方法主要是借鉴医学CT，根据射线扫描，对所得到的信息进行反演计算，重建被测范围内岩体弹性波参数分布规律的图像，从而达到圈定地质异常体的一种物探反演解释方法。

1.3.2 野外施工方法及技术措施

65kg夯锤锤击厚铁垫板是本次地震层析成像野外作业的震源，每个排列的锤击点等间距分布。施工排列如图1所示，每个排列有锤击7次，检波器要尽量深得插入土中，这样检波器与大地耦合较好，便于较好的接收每次锤击时传播来的能量信号。

图1 激发点与接收点排列方式

2 资料解释

2.1 浅层折射波法地震勘探

由于目前还没有浅层折射波法地震勘探方面较成熟理想的选件，故本次浅层折射波法地震勘探后续的解释还主要采用常规t0差数时距曲线法和截距时间法。该方法首先在地震读数据软件中点初至，即每个地震记录各道的初至波到达时间，然后根据读取的时间值，绘制在计算纸(即方格厘m纸)上，也就是绘制地震时距曲线，然后把追逐炮与相对应的边炮接在一起，最后再采用常规t0差数时距曲线法和截距时间法计算地下不用层位的地震纵波速度及相应层厚度，由此波速值和厚度值来绘制相应测线的地震剖面图。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，低速带最终也要绘制在地震剖面图中，作为地震剖面图中的一个重要元素来体现。

2.2 超高密度电阻率法勘探

Flash RES 64多通道超高密度直流电法勘探系统最终要提交的成果是视电阻率色谱图，该图是用不同的色彩来反映地下不同深度、不同部位岩性介质的电阻率值大小，此图是利用该套仪器专门配置的处理软件FlashRES64S.EXE来反演生成的。

视电阻率色谱图中相对低阻或高阻的部位，就是我们要查找的异常体，相对低阻或高阻的部位，由于颜色与周围介质不同，因此在视电阻率色谱图中还是非常直观醒目的。一般在水利工程勘察中，我们比较关心的是构造破碎带，而构造破碎带由于岩体比较破碎，裂隙中可能还含泥含水等杂志，一般这种情况下会导致视电阻率值较低，因此我们可以认为低阻的条带异常即推测破碎带。根据异常体的直立或倾斜的形态与其它位置有规律背景的对比，即可确定异常体的规模与产状。

2.3 地震层析成像勘探

地震折射层析法是目前较先进的折射解释方法。Radon变换和反变换是地震层析成像方法的数学基础。

首先对模型进行射线追踪，计算炮点至检波点间的最小走时，然后与实测初至波走时进行比较，通过最小二乘法修改模型，这样反复叠代，使计算与实测初至波走时之差达到最小，则此时的速度模型即为反演结果。

3 工程实例分析

大叶沟水库位于黑龙江省双鸭山市东南部，是以城市供水为主，同时兼顾防洪、灌溉及森林防火备用水源等综合利用水库。

项目建议书中通过技术经济比较后推荐下坝址为初选方案。下坝址水库正常蓄水位 165.50m，相应库容5460×104m3。

本次勘察工作采用浅层折射地震勘探、超高密度电阻率勘探及地震层析成像勘探来解决查明库区的覆盖层厚度、基岩埋深、划分风化带并探测构造破碎带位置等问题。

以下坝址坝轴线上3种物探方法的应用效果来说明综合物探在本次工程地质勘察中所发挥的作用,该线采用三种物探方法，分别进行了浅层折射地震勘探、地震层析成像勘探及超高密度电阻率法勘探。

3.1 浅层折射地震勘探

1)第1层：纵波波速在560-960m/s之间，解释主要岩性测线起点附近该层为玄武岩及全、强风化粉砂岩；河左岸山脚部位该层为黏土夹碎石及全、强风化粉砂岩；河床靠近河左岸的部位该层为亚黏土、粉土夹砂、砾石、含砾石亚黏土及全、强风化粉砂岩；河床靠近河右岸的部位该层为亚黏土、砾石、含砾石亚黏土及全、强风化粉砂岩；河右岸河边部位该层为亚黏土、砾石、黏土夹碎石及全、强风化砂岩；右岸山脚向山上的部位该层为黏土夹碎石及全、强风化砂岩；右岸向山上更高的部位该层为玄武岩及全、强风化砂岩；其它部位该层为黏土夹碎石、玄武岩及全、风化粉砂岩。该层厚度在20.4-39.6m之间。

2)第2层：纵波波速在1500-2700m/s之间，解释岩性为XX6号钻孔和XX7号钻孔中间至测线末端该层为弱风化砂岩及弱风化粉砂岩，其它部位该层为弱风化粉砂岩，厚度在8.5-24.6m之间。

3)第3层：纵波波速在3600-4500m/s之间，解释岩性河为微风化粉砂岩。

由本次在下坝址坝轴线上布置的浅层折射地震勘探资料最终绘制的剖面图见图2。

3.2 地震层析成像勘探

G—G’线0-1050m段(对应地震剖面水平距离0-1031.0m段)的地震层析成像断面，从色谱图上可以看出，整条测线介质不均匀，测线中间部分的深层纵波波速整体上相对较高，见图3。

图2 大叶沟水库下坝址区坝轴线浅层折射地震勘探剖面图

图3 坝轴线(G- G’)0-1050m段地震层析成像断面色谱图

3.3 超高密度电法勘探

G’—G线的0-915m段(对应地震剖面水平距离0-906.76m段)的超高密度电法断面，从超高密度电法反演结果可知，整条测线介质不均匀，测线中间部分的深层电阻率整体上相对较高，这一点与地震层析成像的高波速比较吻合。位于测线0+85m、测线0+309m、测线0+440m、测线0+510m、测线0+746m处及测线0+835m处发现6处明显低阻异常，宽度分别约15m、20m、20m、15m、20m及15m，分别倾向大号方向、倾向大号方向、大号方向、小号方向、小号方向及小号方向，如图4所示。

图4 坝轴线(G-G’)左岸0-915m段超高密度电法断面色谱图

结合地震资料综合分析，确定6条推测破碎带Gf1、Gf2、Gf3、Gf4、Gf5、Gf6，分别位于测线0+85m、0+309m、0+440m、0+510m、0+746m、0+835m处，纵波波速分别为2300m/s、2000m/s、2000m/s、2400m/s、1900m/s、2500m/s，电阻率<100Ωm，宽度分别为15m、20m、20m、15m、20m及15m，分别倾向大号方向、大号方向、大号方向、小号方向、小号方向及小号方向。

4 结 语

多种物探方法综合应用的效果是理想的，在水利工程勘察中采用综合物探并参照相关的地质孔资料，对于解决库区勘察的覆盖层厚度、基岩埋深、风化带划分及构造破碎带位置探测等问题还是很可靠的。相信随着物探方法技术的不断成熟，新的仪器设备不断涌现，综合物探在水利工程勘察领域必将发挥越来越大的作用。

[1]黑龙江省水利水电勘测设计研究院.黑龙江省双鸭山市大叶沟水库工程物探报告[R].哈尔滨：黑龙江省水利水电勘测设计研究院，2016.

[2]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，1981：1，378，379.

[3]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，2003：2.

[4]中国水利电力物探科技信息网.工程物探手册[M].北京：中国水利水电出版社，2011：373.

Application of Comprehensive Prospecting in Dayegou Reservoir Investigation

JIANG Jun1;SUN Bao-xi2and KANG Xue-xin1

(1.Mishan Urban River Affairs Management, Mishan 158300,China;2.Heilongjiang Provincial Water Conservancy & Hydropower Investigation,Design and Research Institute, Harbin 150080, China)

Three kinds of prospecting methods, including shallow refracting seismic exploration,high-density resistivity prospecting and seismic tomography exploration, were adopted in the project exploration relative with Heilongjiang Provincial Dayegou reservoir. The three methods were used on project site, and the interpretation of the follow-on information showed that the comprehensive application for various prospecting methods is perfect and proves dependable of accuracy by comparing with relative drilling information. Application of various prospecting methods might not only learn from each other and verify each other but also decrease the quantities of prospecting works appointed aimlessly and reduce the production cost, even though, some common geological methods difficult to be solved rapidly might be solved. Therefore, the comprehensive prospecting has vast potential in the field of water conservancy engineering investigation for future development and is valuable to be popularized widely in future project investigation.

comprehensive exploration; shallow refracting seismic exploration；high-density resistivity prospecting; velocity of longitudinal wave; speculation for broken zone

1007-7596(2017)05-0123-04

2017-04-16

姜军(1965-)，男，工程师，黑龙江密山人，从事小型农田水利工程建设管理工作；孙宝喜(1977-)，男，山东莱阳人，高级工程师，从事工程物探工作；康学新(1966-)，女，黑龙江密山人，助理工程师，从事小型农田水利工程建设管理工作。

TV698；P631.3

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