地震映象與瑞雷面波綜合物探方法壩體質(zhì)量檢測上的應(yīng)用

崔 毅

(陜西省水利電力勘測設(shè)計(jì)研究院勘察分院，陜西咸陽 712000)

地震映象與瞬態(tài)瑞雷面波勘探方法是近年來新興的兩種地震勘探方法，在工程領(lǐng)域的應(yīng)用獲得很大的進(jìn)展，并取得不少研究成果。但兩者均存在著局限性，地震映象勘探對地層結(jié)構(gòu)整體形態(tài)反映明顯、直觀，但在定量分析上存在著局限性;瞬態(tài)面波勘探在劃分地層層位、獲取相應(yīng)地層深度、面波速度等地層參數(shù)上準(zhǔn)確性較高，但其只反映勘探點(diǎn)處局部概念，而不能反映地層結(jié)構(gòu)整體形態(tài)。若將兩者綜合應(yīng)用，各取所長，將會(huì)取得很好的效果。本文以寶雞峽泔河水庫壩體檢測為例，介紹了兩種方法的綜合應(yīng)用，且取得了良好的效果，值得在今后工程中進(jìn)一步推廣和應(yīng)用。

1 測區(qū)地質(zhì)概況

該工程位于關(guān)中盆地西北部的黃土塬區(qū)，地形較平坦，壩址區(qū)岸邊卸荷裂隙發(fā)育，巖性主要為第四系中、上更新統(tǒng)Q2eol+pl(風(fēng)洪積黃土狀壤土、古土壤)、Q3eol(風(fēng)積黃土、古土壤)、Q3al+pl(沖洪積壤土、砂壤土、粘土)、Q4al+pl(沖洪積壤土)、Qs(人工堆積)等。壩型為均質(zhì)土壩，壩頂高程554.28 m，壩高51 m。

2 地震映象與瞬態(tài)面波勘探工作技術(shù)方法

2.1 工作原理

地震映象勘探:其屬地震反射波法勘探的一種，是根據(jù)地震波在傳播過程中遇到存在波阻抗界面時(shí)，入射到界面的地震波會(huì)發(fā)生反射，對于同一波阻抗界面反射波同相軸呈連續(xù)型形態(tài)直觀地反映各地層結(jié)構(gòu)形態(tài)等。

瞬態(tài)面波勘探:是根據(jù)瞬態(tài)面波在非均勻介質(zhì)中傳播產(chǎn)生頻散現(xiàn)象，其頻散特性與波場分布空間介質(zhì)的物質(zhì)成分、結(jié)構(gòu)、密度、孔隙度等因素有關(guān)。且瞬態(tài)面波的穿透深度約為一個(gè)波長，故在地表測得的瞬態(tài)面波速度被認(rèn)為反映小于一個(gè)波長的某一深度內(nèi)介質(zhì)的平均彈性性質(zhì)。不同的頻率有不同的波長，瞬態(tài)面波速度的變化反映了不同深度內(nèi)的平均介質(zhì)的改變，因而根據(jù)其頻散曲線計(jì)算出其影響深度，從而可劃分個(gè)地層界限并求出相應(yīng)的地層參數(shù)等。

2.2 工作方法

采用北京水電物探研究所研制生產(chǎn)的SWS-1G型多功能面波儀。具體工作方法如下:

地震映象勘探:道數(shù):1道;60 HZ檢波器接收;偏移距:30 m;點(diǎn)距:1.0 m;18b大錘單邊錘擊激發(fā)。在壩頂沿壩軸線布置測線。

瞬態(tài)面波勘探:道數(shù):12道;40 HZ檢波器接收;偏移距:10 m;道間距:2.0 m;18b大錘雙邊錘擊激發(fā)。

2.3 儀器技術(shù)參數(shù)選擇

采樣率:0.5 ms;采樣點(diǎn)數(shù):1024點(diǎn);紀(jì)錄長度500 ms;濾波檔:全通。

3 資料的處理解釋與成果分析

對采集的地震映象、面波數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，并采用SWS-1G型多功能面波儀提供的相應(yīng)處理軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及分析解釋得出勘探成果。

從圖1可看出，在①線(000-738 m段)以上無明顯的反射波同相軸，說明其上部無明顯底層結(jié)構(gòu)但①線所通過的反射波同相軸連續(xù)性較好，說明此處存在一地層界面，經(jīng)分析判斷其為寶雞峽引水渠渠基;在②線(中部所通過的反射波同相軸連續(xù)性較好，而兩側(cè)連續(xù)性差，呈錯(cuò)斷現(xiàn)象，結(jié)合實(shí)際情況及有關(guān)資料推斷分析其恰好反映出了壩體與原河道的接觸面，在110～200 m、200～308 m段同相軸出現(xiàn)下凹連續(xù)形態(tài)，且連續(xù)性好，經(jīng)查證分析其為原河道兩深槽;在③線(000～061 m段)同相軸連續(xù)性較好，但其向左又呈下凹趨勢，說明此處存在一地層結(jié)構(gòu)，結(jié)合有關(guān)地質(zhì)資料分析知其為一古河道深槽;在④線(515～560 m段)所通過的反射波同相軸連續(xù)形態(tài)出現(xiàn)下凹，且有間斷、交錯(cuò)現(xiàn)象，說明此處存在異常地層結(jié)構(gòu)，寬約45.0 m;在560～738 m段渠基下部無明顯的地層結(jié)構(gòu)。

這說明采用地震映象勘探，其剖面圖中地層結(jié)構(gòu)反映明顯、直觀，且是連續(xù)性的反應(yīng)測段內(nèi)地層結(jié)構(gòu)情況，而不是間斷性的。但其無法提供具體的地層參數(shù)(各地層厚度、面波速度等)，這就需要將面波勘探結(jié)合起來。

對面波勘探所得各測點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理計(jì)算其頻散曲線，并進(jìn)行多次擬合得出不同地層厚度、面波速度等參數(shù)。將其對應(yīng)于地震映象時(shí)間剖面中相應(yīng)層位，進(jìn)行時(shí)深轉(zhuǎn)換以確定測段內(nèi)連續(xù)的地層厚度及層底界線等，并繪制其剖面圖。在剖面上不(寶雞峽引水渠渠基)厚度 4.6～10.0 m，面波速度為 160 ～250 m/s，地震映象剖面圖中連續(xù)性較好，說明碾壓密實(shí)度基本較好;在000～061段(10.0 m一下)為左壩肩，其中部為第四系沖洪積堆積的粘土、砂壤土、壤土，面波速度為250～360 m/s，說明土體密實(shí)度較好，但結(jié)合地質(zhì)資料其水平滲透大于垂直滲透，且低于庫水位(536 m)，往往沿層面產(chǎn)生滲漏;在061～515 m為壩體，底部高程 493.28 m，在110～200 m、200-308 m 段原河道兩深槽底部高程依次為496.9 m、493.28 m。壩體面波速度為210～350 m/s，地震映象圖中同相軸連續(xù)性好，說明壩體碾壓較密實(shí);右壩肩(515～738 m段)在515～560 m段地層結(jié)構(gòu)異常區(qū)，深度 10.0～34.0 m(底部高程 520 m)，寬45 m，面波速度相對正常地層巖土同深度處偏低，地震映象剖面圖中同相軸反映出間斷、交錯(cuò)現(xiàn)象，且此處低于庫水位(536 m)，說明此處與周邊結(jié)合較差、密實(shí)度低，有產(chǎn)生滲漏的可能性。除此外其他部位地震映象圖中同相軸連續(xù)性較好，無明顯異常地層結(jié)構(gòu)，面波速度為250～500 m/s，說明巖土較密實(shí)。剖面下部為第四系中更新統(tǒng)風(fēng)洪積堆積黃土狀壤土，面波速度300～500 m/s，說明巖土密實(shí)度好。

4 結(jié)語

通過采用地震映象、面波勘探方法在工程中的實(shí)踐，認(rèn)為綜合方法的應(yīng)用，形象、直觀、有效地對壩體進(jìn)行了質(zhì)量檢測，且方法簡便、精度高，提高了工作效率和成果質(zhì)量。

此法于傳統(tǒng)地震反射波勘探相比，在理論上講后者亦具前者功能，但后者資料解釋復(fù)雜、繁瑣、不直觀，成果精度不高。