曹樂輝 陳 程 郭 利 全朝紅

綜合工程物探技術(shù)在庫岸塌滑堆積體勘察中的應(yīng)用

曹樂輝1陳 程1郭 利1全朝紅2

（1. 中國水電顧問集團(tuán)中南勘測設(shè)計(jì)研究院 湖南長沙 410014 2. 湖南省有色地質(zhì)勘查研究院 湖南長沙 410015）

塌滑堆積體是一種多成因、多期次的松散堆積體。地球物理勘探的目的是了解堆積體厚度及深部結(jié)構(gòu)特征。綜合地球物理方法可以取得堆積體的重要信息，并能對(duì)堆積體的規(guī)模及成因作出有效的評(píng)價(jià)，為治理和預(yù)防滑坡提供依據(jù)。

庫岸 塌滑堆積體 綜合物探方法

1 地質(zhì)概況

某水庫地處峽谷內(nèi)，屬山嶺重丘地貌，山脈相連、河谷縱橫、水系豐富，出露地層巖性為變質(zhì)砂巖、變質(zhì)凝灰?guī)r、硅質(zhì)絹云母板巖、粉砂質(zhì)板巖、凝灰質(zhì)板巖、凝灰?guī)r、砂頁巖等。庫區(qū)內(nèi)古滑坡分布較多，移民遷建區(qū)選址所看好的緩坡地帶，多數(shù)都有古滑坡存在。這些古滑坡在天然條件下多處于穩(wěn)定狀態(tài)，但在水庫蓄水及移民工程的擾動(dòng)下可能會(huì)復(fù)活。移民工程及水庫蓄水活動(dòng)，除誘發(fā)一些古滑坡復(fù)活外，還會(huì)產(chǎn)生水庫塌岸(岸坡再造)和形成新的滑坡。

2 地球物理特征

某庫岸塌滑堆積體覆蓋層多系第四系殘坡積、崩積物，基巖各風(fēng)化層波速因巖性而異，各層之間存在波速（縱波Vp、橫波Vs）和電阻率(ρs)差異（見表1），具備采用地震勘探和高密度電法方法探測塌滑堆積體(包括變形巖體)埋深的地球物理基本前提條件。

3 綜合工程物探技術(shù)方法

表1 物性參數(shù)表

在滑坡勘探中通常采用的地面物探方法有初至折射法和高密度電法，在有條件的地區(qū)可輔以淺層反射法或?qū)ΨQ四極電剖面法。根據(jù)工區(qū)的施工境況及滑坡體組成的物質(zhì)物性差異的特征，本次滑坡體探測中采用初至折射波法、CDP水平疊加法、瞬態(tài)面波法和高密度電阻率法等綜合物探方法。

在該塌滑堆積變形體上共布置5條勘探線(N1～N5)、1條淺層反射波勘探測線、2條高密度電阻率測線、10個(gè)面波勘探點(diǎn)。

3.1初至折射法

淺層折射法是通過人工激發(fā)的地震波向下傳播，當(dāng)遇到波阻抗差異界面產(chǎn)生折射或反射波等，利用地震儀接收地震波，分析地震波在介質(zhì)中的傳播路徑、傳播速度，進(jìn)而推測地下地質(zhì)體分布的一種物探方法。本次勘查采用WZG-24型淺層地震儀，選用適當(dāng)炸藥作震源激發(fā)地震波，38 Hz檢波器，采用相遇與追逐相結(jié)合的縱測線觀測系統(tǒng)。經(jīng)現(xiàn)場試驗(yàn)對(duì)比，本次工作參數(shù)為：最大道間距10m，最大炮檢距230m，記錄時(shí)窗長度204ms，每道采樣點(diǎn)數(shù)為1024個(gè)。圖1為采用上述工作參數(shù)得到的地震原始記錄波形。

圖1 地震單炮折射記錄

3.2CDP水平疊加法

CDP水平疊加法是在不同激發(fā)點(diǎn)和接收點(diǎn)上采集來自相同反射點(diǎn)的反射波，在得到的多張地震記錄中抽出界面上共反射點(diǎn)道集，經(jīng)過速度掃描，動(dòng)靜校正之后，進(jìn)行疊加處理，以時(shí)間剖面的形式給出地質(zhì)界面及構(gòu)造信息。這種方法可以提高信噪比，對(duì)壓制干擾波有顯著的作用。CDP剖面觀測系統(tǒng)中的偏移距的選擇，是根據(jù)面波、聲波等干擾波與目的層反射波的關(guān)系確定，分別采用30、40和70m，道距采用2m和5m，用18磅大錘錘擊地面作地震波激發(fā)震源，100Hz檢波器接收信號(hào)。水平疊加次數(shù)為6次。

從獲得的資料來看，塌滑變形巖體與下伏完整基巖界面的反射波具有連續(xù)性較好的同相軸，如圖2所示。結(jié)合折射資料的速度參數(shù)，便可求得剖面的界面深度。

圖2 CDP水平疊加雙程時(shí)間剖面圖

3.3瞬態(tài)面波法

瑞雷波是一種沿地表傳播的表面波，其傳播的波陣面為一個(gè)園柱體，傳播的深度約為一個(gè)波長。利用瑞雷波的頻散特性，即不同波長的瑞雷波傳播特征反應(yīng)不同深度地質(zhì)體的特征，進(jìn)行地下介質(zhì)探測。本次工作參數(shù)為，采用單邊展開排列觀測系統(tǒng)，檢波器間距4m，偏移距25～35m，24道4Hz低頻檢波器接收，用18磅大錘錘擊地面作激發(fā)震源。

面波測試的頻散曲線一般呈3～5層反映，其分層性質(zhì)與地震折射勘探資料基本一致。典型頻散曲線見圖3（圖中H為層厚，F(xiàn)itness為擬合度）。

3.4高密度電阻率法

高密度電阻率法采用WDJD-2型高密度電法儀。該系統(tǒng)集電剖面和電測深于一體，采用高密度布點(diǎn)，具有采集數(shù)據(jù)速度快，多參量測量，能獲取關(guān)于地電斷面結(jié)構(gòu)特征的大量信息的特點(diǎn)?？碧焦ぷ髦?，對(duì)高密度電阻率法各裝置類型進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果及場地施工條件，確定使用α排列裝置，最大電極距為5m，電極數(shù)為60根，單條剖面最大長度為295 m。圖4為高密度電阻率法反演斷面圖。

圖3 面波頻散曲線反演結(jié)果圖

圖4 高密度電阻率法反演斷面圖

4 探測成果及分析解釋

4.1淺層地震勘探分層推斷解釋

表層松散的坡積與堆積物地震縱波傳播速度Vp為500～1100m/s，橫波傳播速度Vs為200～500m/s。變形體前、后緣以及沖溝底部較薄，一般僅幾米，其它部位相對(duì)較厚，一般10～18m，最厚部位在地表高程460m以上至高程520m以下的N3、N4剖面附近，平均厚度約20m。較大至大型崩塌堆積物和變形巖體Vp為1400～2600m/s，Vs為600～1500m/s，下限深度一般為25～40m，平均30m，完整基巖Vp為4000～ 5600m/s。

4.2高密度電阻率法推斷解釋

表層干燥且含碎石較多黏土層視電阻率值ρs在600Ω·m以上，厚薄不均勻、分布不連續(xù)，塌滑變形巖體視電阻率值ρs為150～450Ω·m，下伏新鮮完整基巖ρs在500Ω·m以上。

4.3綜合物探方法對(duì)比

各種勘探方法在N1勘探線的成果對(duì)比如圖5所示。結(jié)果表明，幾種物探方法對(duì)于變形巖體下限深度的反映與后期鉆孔揭露的下限深度(為35.0m)基本一致，誤差在2m以內(nèi)。

圖5 綜合物探方法在N1線的成果對(duì)比圖

5 結(jié)語

采用綜合物探勘探手段，可以有效地勘察水庫庫岸堆積體的厚度、基巖風(fēng)化分帶等重要地質(zhì)問題，為預(yù)防和治理滑坡提供依據(jù)。淺層地震法和高密度電阻率法相結(jié)合，既能從彈性波和電學(xué)兩方面綜合反映勘察對(duì)象的性狀，又可根據(jù)現(xiàn)場條件靈活選用，在實(shí)際工程勘察中具有較好的應(yīng)用前景。

必須注意場地條件對(duì)物探野外作業(yè)和成果精度的影響，應(yīng)充分重視結(jié)合鉆探和地表地質(zhì)特征進(jìn)行綜合資料解釋，并根據(jù)工程階段的重要性采用鉆探方法對(duì)綜合物探勘察結(jié)果進(jìn)行必要的驗(yàn)證。

1 謝尚平，熊章強(qiáng)，易清平等. 淺層地震和高密度電法在滑坡體勘察中的應(yīng)用[J]. 東華理工學(xué)院學(xué)報(bào)，2004，27（4）：361-364.

2 葛雙成，李小平，邵長云等. 地震折射和電阻率法在水庫壩址勘察中的應(yīng)用[J]. 地球物理學(xué)進(jìn)展，2008，23(4)：1299-1303.

3 熊章強(qiáng)，方根顯編著. 淺層地震勘探教程［M］. 北京：地震出版社，2002.

4 江玉樂，周清強(qiáng)，黃鑫等. 高密度電阻率法在滑坡探測中的應(yīng)用[J]. 成都理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2008，35(5)：542-546.

10.3969/j.issn.1672-2469.2014.02.006

P631

B

1672-2469（2014）02-0016-04

曹樂輝（1965年- ），男，高級(jí)工程師。