水域綜合工程物探方法應(yīng)用探討

冉根領(lǐng)

摘要：隨著水下工程的日益增多，水域工程物探成為熱點(diǎn)。本文對(duì)各種物探方法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了較深入分析，并結(jié)合實(shí)例說(shuō)明在應(yīng)用方法技術(shù)合理、抗干擾措施得當(dāng)?shù)那疤嵯拢锾綉?yīng)用效果是良好的。

關(guān)鍵詞：水域;綜合工程物探;地震映像;瞬變電磁

Abstract： With an increasing in water area engineering， geophysics in water become hot spots of geophysical prospecting. The advantages and disadvantages of geophysical exploration methods have been compared with each another. A practical example shows that geophysical application effect is good with a reasonable method and anti-interference measures.

Key words： water area;integrated engineering geophysics;seismic imaging;transient electromagnetic

0? 引言

近年來(lái)隨著國(guó)家基礎(chǔ)建設(shè)的快速發(fā)展，越來(lái)越多的工程涉及到江、河、湖、海等區(qū)域，如橋梁、碼頭、大壩以及水下穿越工程項(xiàng)目。水域工程因其所處的工作環(huán)境及作業(yè)條件的復(fù)雜性，地質(zhì)勘察工作顯得尤為重要，水域勘察的工程可行性研究階段、初堪、詳勘及施工期勘察階段主要以工程物探、鉆探及原位測(cè)試為主[1]。

水域工程物探的主要任務(wù)是第四紀(jì)地質(zhì)、基巖地質(zhì)調(diào)查、不良地質(zhì)結(jié)構(gòu)調(diào)查、水底遺存物探測(cè)、水深測(cè)量[2]。近幾十年快速發(fā)展起來(lái)的水域淺層地震勘探技術(shù)[3]、淺地層剖面探測(cè)技術(shù)[4]、瞬變電磁技術(shù)[5]、高密度電法[6]、探地雷達(dá)[7]為獲取水下地層信息提供了強(qiáng)有力的手段，各方法在水域條件下有其適用條件，本文就水域工程物探方法工作難點(diǎn)、方法優(yōu)缺點(diǎn)并結(jié)合部分方法實(shí)例進(jìn)行探討。

1? 水域勘察中的工程物探方法

水域條件下的地層可大致劃分為水層、淤泥層、松軟土層、砂卵石層、基巖。水下各地層的主要物性如表1。

說(shuō)明：數(shù)據(jù)主要來(lái)源于文獻(xiàn)收集，地震映像法在長(zhǎng)江某過(guò)江隧道勘察中的應(yīng)用（楊占東）、地震映像法在沌口長(zhǎng)江公路大橋勘察中的應(yīng)用（楊俊杰）、擬建長(zhǎng)江大橋橋址區(qū)水上物探方案研究（王雙六）、淺層地震反射法在武漢長(zhǎng)江隧道水上勘察中的應(yīng)用（廖全濤）、瞬變電磁法在水域地質(zhì)勘察中的應(yīng)用（張銀松）、高密度電法在水域工程勘察中的應(yīng)用（祝杰）、高密度電法在水底隧道工程勘察中的應(yīng)用研究（黃佳坤）、Sir-20說(shuō)明書(shū)、探地雷達(dá)方法與應(yīng)用（李大心）、勘察科學(xué)與技術(shù)（2007第二期）、福州閩江河道軟土的電阻率試驗(yàn)研究（唐大振）.

水域中使用的工程物探方法主要分為三類：地震波類、電法類、電磁法類。

地震波類方法以地震映像、地震反射、聲吶探測(cè)為主，其中聲吶主要用于探測(cè)水深、水底地形測(cè)量。水中地震勘探的優(yōu)勢(shì)：水、飽和土層的縱波衰減較小，地層界面反射波頻率高，因此地震波法的勘探精度較高;水中地震波的激發(fā)和接收一致性較好，可獲得可靠的數(shù)據(jù);水中只能傳播縱波，避免了面波干擾。水中地震勘探作業(yè)的難點(diǎn)：水流影響，定位困難造成信號(hào)疊加效果差;存在波浪、行船產(chǎn)生的機(jī)械振動(dòng)等干擾;水面和水底兩個(gè)強(qiáng)反射界面之間的多次反射波干擾。

電法類方法以高密度電法為主。水域高密度電法有兩種測(cè)量方法，一種為電極與河床直接接觸，其優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量結(jié)果較準(zhǔn)確，勘探深度較大，缺點(diǎn)是施工條件復(fù)雜，滾動(dòng)排列存在誤差;另一種是漂浮電極，也可固定電極進(jìn)行勘探，其優(yōu)點(diǎn)是施工條件較簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是勘探深度較淺，測(cè)量結(jié)果受水面環(huán)境等因素影響較多。目前采用最多的施工簡(jiǎn)單的漂浮電極裝置，其在淡水淺水區(qū)應(yīng)用較多，據(jù)黃佳坤[8]祝杰[6]等人的實(shí)際項(xiàng)目水深小于10m的情況下勘探深度達(dá)到水面下60m，當(dāng)水深較大或淤泥層較厚時(shí)不宜采用高密度電法。

電磁法類方法以瞬變電磁法及探地雷達(dá)為主。水域瞬變電磁法一般采用小線框裝置，它具有的橫向分辨率高、抗干擾能力強(qiáng)、施工方便快捷等優(yōu)點(diǎn)近年來(lái)廣泛應(yīng)用于水上地質(zhì)勘探[5][8]。探地雷達(dá)在淡水水域的探測(cè)深度小，只能獲取水底下淺層信息，100MHz天線能分辨深度為水面下5～7m。

2? 水域綜合物探方法工程應(yīng)用

水域勘察的物探方法設(shè)計(jì)時(shí)，需考慮方法的可操作性、經(jīng)濟(jì)、高效適用等問(wèn)題，結(jié)合水上物探特點(diǎn)設(shè)計(jì)最佳方法和合適工作量，條件允許的情況盡量利用兩種物性差異。目前應(yīng)用最多并且施工方便的是水域地震映像及水域瞬變電磁法，本文將就這兩種方法進(jìn)行探討。

2.1 地震映像

地震映像法為地震反射波法中的共偏移距特殊形式，它是通過(guò)人工激發(fā)地震波遇到不同介質(zhì)的分界面時(shí)，產(chǎn)生一定能量的反射波，經(jīng)檢波器接收后，通過(guò)計(jì)算機(jī)和人工對(duì)接收到的地震波的時(shí)間、相位和振幅等信息進(jìn)行分析處理和解釋后，計(jì)算出各層介質(zhì)的速度和埋深;沿測(cè)線不斷移動(dòng)激發(fā)點(diǎn)及檢波點(diǎn)，通過(guò)地震儀記錄可獲得一條最佳偏移距地震反射時(shí)間剖面，再現(xiàn)地下地層結(jié)構(gòu)形態(tài)。

水域地震映像的震源主要有炸藥、電火花震源、錘擊。炸藥震源的頻譜豐富、通帶范圍大、主頻達(dá)1400Hz，有氣泡效應(yīng)問(wèn)題會(huì)覆蓋部分有用信號(hào);電火花震源頻率范圍100～1000Hz;錘擊震源的頻寬相對(duì)較窄，主頻約700Hz。

水域地震映像數(shù)據(jù)采集參數(shù)選擇：①偏移距參數(shù)可依據(jù)圖1反射系數(shù)-入射角曲線圖[10]及水深來(lái)大致估算并結(jié)合針對(duì)性的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)來(lái)選擇;②檢波器頻率結(jié)合干擾波的頻率可選擇100Hz左右水下檢波器;③檢波器入水深度可依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)不同水深處地震波振幅強(qiáng)弱來(lái)選擇。