综合物探技术在水利枢纽坝址勘探中的应用

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摘要：综合工程物探技术是近年来发展速度较快的一种高新勘察技术，在许多建设工程的地质勘察工作中得到广泛的应用。本文结合水利工程实例，通过介绍工程的地质条件状况，针对性选择了几种勘察方法，并探讨了综合物探技术在水利枢纽工程勘察中的应用，为类似工程研究提供借鉴意义。

关键词：物探技术；水利工程；地质条件；坝址

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。目前，综合物探技术主要包括瞬变电磁法、高密度电法、地震波法和声波测试法等，这些方法都具有自身适用性与局限性，并且它的有效性取决于它对探测对象物性的适用性。因此，本文着重探讨了综合物探技术在水利工程坝址勘察中的应用，以期确保水利工程的质量安全。

1 工程地质概况

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（1）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。

2 物探方法技术的选择

根据勘探目的，经过实地踏勘后，结合已有的地质资料分析，对岩体完整性的测试评价，采用平硐地震波测试、单孔声波测试、岩芯测试，对料场砂卵砾石层厚度的测试宜用瞬态面波法，对船闸轴线覆盖层厚度的测试及坝址区的构造发育情况的测试宜用瞬态面波法和高密度电法相结合。

3 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。

3.1 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。

从上坝址船闸轴线高密度电法电阻率拟合断面图看，高阻区为砂砾石反映，断面未能取到下伏基岩的电阻率反映，后调整测试参数，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。

3.2 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。

3.3 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。因此在联合剖面曲线图上取AO=82.5m的曲线分析，同时，结合视电阻率拟断面图进行分析，推测构造的延伸方向。共圈定了7条异常带，定为WF1-WF7。

其中WF2、WF3异常与地质测绘确定的F119断层、F103断层是吻合的，F119断层为小断层，F103断层为区域性断层。这也论证了物探工作方法使用的有效性。从下坝址左岸?线视电阻率拟断面等值线图和下坝址左岸Ⅵ线视电阻率拟断面等值线图上看，基岩电阻率的差异较小，采用高密度电法勘探，若仅用单一观测方法，能反映出较大区域性断层，但对较小的断层则难以反映，本次工作我们增加了不同AO极距的观测方式，得到了不同的AO极距联合剖面曲线（见图1），再结合反演图进行综合分析，得到了较好的勘探效果。

图1 下坝址左岸?线与×线联合剖面曲线图

3.4 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表（见表2）。

表2 不同岩体的纵波速度成果表*

注： 段数。砂岩类包括砂岩、粉砂岩、砾岩。

结合岩芯测试成果。确定了砂岩、泥岩、灰岩的新鲜岩石波速分别为5000m/s、4500m/s、5300m/s。

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。

根据实测岩芯纵波波速Vp、横波波速Vs，利用泊松比、动弹性模量计算公式即可计算出各块岩芯的泊松比和动弹性模量值，（见表3）。

表3 岩芯测试成果表

平硐地震波测试。通过实测地震波在岩体中传播的时间和距离作时距曲线图，纵、横波的时距曲线的斜率的倒数即为岩体纵波速度、横波速度。利用实测岩体纵波速度、横波速度，通过相关公式可计算出泊松比（见表4）。

泊松比：L=（Vp2-2Vs2）/2（Vp2-Vs2）

通过分析平硐岩体地震波测试综合成果图、成果表以及相关地质资料，并经数理统计得出PD02平硐岩体的泊松比在0.24-0.33之间，平均值为0.29。动弹性模量值在3.5-11.5GPa之间，平均值为6.4GPa。

表4 上坝址平硐岩体地震波测试成果表

4 结语

综上所述，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：

[1] 吕新；马广飞.物探技术在工程地质勘查中的应用[J].科技传播.2012年第20期

[2] 徐丽.综合物探法的原理及技术方法探讨[J].科技创新与应用.2012年第09期