(遼寧省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽(yáng) 110006)

1 概況

1.1 工程概況

內(nèi)蒙古某水庫(kù)工程是內(nèi)蒙古錫伯河上唯一的重要控制性工程。以防洪和城市供水為主。 該工程的比選壩址有兩個(gè)，即下壩址(推薦壩址)和上壩址(比較壩址)。下壩址位于五家村南1.0 km處，正常蓄水位約950.0 m。壩址以上河長(zhǎng)33.3 km，水庫(kù)控制面積409 km2，占流域總面積的19.3%，回水長(zhǎng)度約8.0 km，壩長(zhǎng)約900 m，擬建壩高約45 m。上壩址位于正常蓄水位973.0 m，壩長(zhǎng)約800 m，擬建壩高約40.0 m。

1.2 物探工作任務(wù)

本次物探工作的目的是，利用綜合物探方法對(duì)壩址區(qū)的斷層及破碎構(gòu)造帶、巖體的波速及完整性系數(shù)等參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，為地質(zhì)工作提供基礎(chǔ)資料。

1)在上下壩址上壩線區(qū)域布置高密度電法斷面，完成壩線地質(zhì)構(gòu)造勘察，結(jié)合地質(zhì)工作，查明壩址區(qū)河床段順河斷層及破碎帶的位置、規(guī)模、延伸情況；

2)完成壩址區(qū)地質(zhì)勘查孔內(nèi)波速測(cè)試，提供巖體的波速、完整性系數(shù)。

1.3 物探工作量

本次物探工作共完6個(gè)高密度電法剖面和12個(gè)孔內(nèi)波速測(cè)試，其中地震波速測(cè)試為全孔測(cè)試，聲波測(cè)試從水位線以下至孔底。其中K8、K9和SK3三個(gè)孔只進(jìn)行了聲波測(cè)孔。外業(yè)工作量見(jiàn)表1。

2 工作方法與技術(shù)

本次工作分地面物探工作和測(cè)井物探工作。地面物探應(yīng)用高密度電阻率法，測(cè)井物探為地震測(cè)井和超聲波聲速測(cè)井相結(jié)合的綜合測(cè)井方法。

2.1 地面物探

2.1.1 高密度電法方法原理

高密度電阻率法的最顯著的特點(diǎn)是測(cè)量點(diǎn)距密度大，由于點(diǎn)距密，獲取的地層地質(zhì)信息豐富詳細(xì)，其信息量是以往的常規(guī)電法所無(wú)法比擬的。所以能較詳細(xì)地了解地層的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造特征，使探測(cè)精度大大提高。

AMN∞與∞MNB視電阻率斷面對(duì)于在高阻圍巖中的薄板低阻帶(即斷層或破碎帶)具有明顯的反映，斷面特征顯著，異常易于識(shí)別，是探測(cè)斷層的有效方法。如果測(cè)線范圍內(nèi)有薄板低阻帶，以薄板低阻帶與測(cè)線的交點(diǎn)為中心，AMN∞斷面呈現(xiàn)由高阻向低阻過(guò)渡的趨勢(shì)，∞MNB斷面呈現(xiàn)由低阻向高阻過(guò)渡去趨勢(shì)。

表1 外業(yè)工作量統(tǒng)計(jì)表

2.1.2 高密度電法測(cè)線布置原則

每個(gè)測(cè)區(qū)布置一條主測(cè)線，控制整個(gè)測(cè)區(qū)，另外為探測(cè)斷層的走向，再布置若干條輔測(cè)線。測(cè)線方向應(yīng)垂直于被探測(cè)地質(zhì)體走向布設(shè)，如有河流、道路、村莊等，受場(chǎng)地條件限制時(shí)，應(yīng)做到測(cè)線方向與被探測(cè)地質(zhì)體的走向盡量大角度相交；測(cè)線位置選擇在有效的控制范圍大、地形相對(duì)平坦、接地條件好、遠(yuǎn)離居民區(qū)、干擾小的最有利的地段。

2.1.3 主要測(cè)線布設(shè)

本次工作在上壩址布置一條高密度電法斷面，由于壩軸線左端有民宅分布，并且與省道206相交，故無(wú)法完全沿壩線布置，根據(jù)高密度電法測(cè)線布置原則，適當(dāng)偏移，以避開(kāi)民宅，穿過(guò)公路橋下。上壩址主測(cè)線未發(fā)現(xiàn)異常，故不需布置輔測(cè)線追蹤異常。下壩址上壩線高密度電法斷面分為三條主測(cè)線與兩條輔測(cè)線，由于省道206與壩軸線相交，故在省道206東西沿壩軸線各布置一條主測(cè)線，在兩條測(cè)線斷開(kāi)部分適當(dāng)偏移至可穿越公路的公路橋下布置第三條主測(cè)線，用以連接勘察區(qū)域。下壩址上壩線主測(cè)線共發(fā)現(xiàn)兩個(gè)異常區(qū)域，所以布置兩條輔助測(cè)線用以追蹤異常走向。

本次高密度電法工作最大供電電壓為360伏，MN間距等于5 m，測(cè)量點(diǎn)距5 m，主要最大供電極距AO、BO為107.5 m。

2.2 測(cè)井物探

地震波速測(cè)井采用檢層法，點(diǎn)距一般為3 m。地震儀觀測(cè)記錄時(shí)，采樣時(shí)間50 μs，全通濾波，放大器最大增益80 db，多次疊加。

斜距時(shí)間校正公式：

(1)

式中 t＇為垂距時(shí)間值；t為斜距時(shí)間值；h為檢波器放置深度(m)；H為電火花震源激發(fā)深度(m)；x為鉆孔與震源副孔距離(m)。

聲速測(cè)井采用點(diǎn)測(cè)法，孔內(nèi)一發(fā)雙收測(cè)井聲波探頭，測(cè)點(diǎn)距0.2～0.5 m。

2.3 主要儀器設(shè)備

1)WDJD—2多功能數(shù)字直流激電儀、WDZJ—1多路電極轉(zhuǎn)換器，重慶奔騰數(shù)控技術(shù)研究所制造。該儀器是目前國(guó)內(nèi)較先進(jìn)的電法儀器，存儲(chǔ)量大、測(cè)量準(zhǔn)確。具有接地檢查功能，對(duì)接地不好的電極，可及時(shí)檢查并報(bào)警，保證測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確。

2)“WZG—24工程地震儀” 重慶奔騰數(shù)控技術(shù)研究所制造。其主要性能如下：24道接收通道；最大采樣點(diǎn)數(shù)可達(dá)16 384點(diǎn)；采樣率10 μs～20 ms；A/D轉(zhuǎn)換器為24位；信號(hào)迭加增強(qiáng)到32位；動(dòng)態(tài)范圍140 dB；通頻帶0.1～4 000 Hz； 全頻狀態(tài)下噪音電壓為1 μV。

3)“WSD—1多道數(shù)字聲波儀”：重慶奔騰數(shù)控技術(shù)研究所制造。發(fā)射電壓100～1 000 V，采樣間隔0.1～3 276.7 μs，采樣長(zhǎng)度1～4 K，最大增益80 db，聲時(shí)測(cè)量精度±0.1 μs。

4)“FSS測(cè)井聲波探頭”：江蘇揚(yáng)州廣陵區(qū)萬(wàn)象電子器件廠制造。

5) “CDJ—JG38型38赫井中高靈敏度三分量檢波器”：重慶地質(zhì)儀器廠制造。自然頻率38±5%(Hz)，靈敏度1±5%(V/cm·s-1)。

3 資料分析解釋

3.1 高密度電法資料解釋

3.1.1 上壩址

本次物探工作上壩址布置了一條高密度電法斷面，MN間距5 m，測(cè)量點(diǎn)距5 m，斷面大極距裝置最大供電極距AO、BO為107.5 m，由于采取大極距裝置會(huì)在斷面頭尾產(chǎn)生較大的盲區(qū)，為了縮小盲區(qū)范圍，故在斷面頭尾各補(bǔ)充一個(gè)小極距裝置，最大供電極距AO、BO為37.5 m。上壩址斷面大極距裝置等視電阻率斷面圖見(jiàn)圖1。

從等視電阻率斷面圖來(lái)看，斷面左部區(qū)域視電阻率明顯高于右部區(qū)域，由于整條斷面視電阻率差異過(guò)大，需要提取幾條某一深度的視電阻率，組成特定深度的視電阻率剖面，用以分析該深度的視電阻率趨勢(shì)。綜合分析上壩址等視電阻率斷面圖與視電阻率剖面圖，具有如下特征：AMN∞剖面與∞MNB剖面由右至左、由上至下視電阻率逐漸增大，同一深度視電阻率在記錄點(diǎn)360 m之前為AMN∞視電阻率大于∞MNB視電阻率的分離狀態(tài)，之后相交趨于合并，其后無(wú)分離趨勢(shì)，故可分析為此斷面無(wú)異常。

圖1 上壩址斷面大極距裝置等視電阻率斷面圖

3.1.2 下壩址

下壩址布置了三條主測(cè)線與兩條輔測(cè)線共5條斷面。

(1)下壩址Ⅰ斷面由于采取大極距裝置，會(huì)在斷面頭尾產(chǎn)生較大的盲區(qū)，為了縮小盲區(qū)范圍，故在部分?jǐn)嗝骖^部補(bǔ)充一個(gè)小極距裝置，MN間距5 m，測(cè)量點(diǎn)距5 m，最大供電極距AO、BO為37.5 m。下壩址Ⅰ斷面尾部坡洪積較厚，無(wú)法應(yīng)用小極距裝置。

下壩址Ⅰ斷面頭部小極距裝置等視電阻率斷面圖見(jiàn)圖2。

圖2 下壩址Ⅰ斷面頭部小極距裝置等視電阻率斷面圖

為了便于分析AMN∞剖面與∞MNB剖面變化規(guī)律及相互關(guān)系，提取一個(gè)深度的視電阻率剖面。 綜合分析下壩址Ⅰ斷面頭部小極距裝置等視電阻率斷面圖與視電阻率剖面圖，具有如下特征：AMN∞剖面與∞MNB剖面由左至右、由上至下視電阻率逐漸增大，同一深度視電阻率在記錄點(diǎn)50 m之前為AMN∞視電阻率大于∞MNB視電阻率的分離狀態(tài)，50～70 m之間相交，70 m之后為∞MNB視電阻率大于AMN∞視電阻率的分離狀態(tài)，故可分析該斷面在50 m處存在一低阻異常帶。為了確定該低阻異常帶是否為構(gòu)造破碎帶或斷層，需要布置一平行測(cè)線在異常帶的縱向空間進(jìn)行檢驗(yàn)，故在下壩址Ⅰ斷面頭部上游方向約200 m處布置一條輔助測(cè)線，即下壩址Ⅴ斷面。斷面MN間距5 m，測(cè)量點(diǎn)距5 m，最大供電極距AO、BO為32.5 m。

下壩址Ⅴ斷面等視電阻率斷面圖見(jiàn)圖3。

圖3 下壩址Ⅴ斷面等視電阻率斷面圖

為了便于分析AMN∞剖面與∞MNB剖面變化規(guī)律及相互關(guān)系，提取一個(gè)深度的視電阻率剖面。 綜合分析下壩址Ⅴ斷面等視電阻率斷面圖與視電阻率剖面圖，具有如下特征：AMN∞剖面與∞MNB剖面由左至右視電阻率高低交替，由上至下視電阻率逐漸增大，同一深度視電阻率在記錄點(diǎn)80～130 m之間為AMN∞視電阻率大于∞MNB視電阻率的分離狀態(tài)，130 m處相交，130～160 m之間為∞MNB視電阻率大于AMN∞視電阻率的分離狀態(tài)，故可分析該斷面在130 m處存在一低阻異常帶，結(jié)合下壩址Ⅰ斷面頭部小極距裝置的分析結(jié)果，可確定該異常為小規(guī)模構(gòu)造破碎帶。

下壩址Ⅴ斷面與下壩址Ⅰ斷面頭部小極距裝置斷面平面位置綜合分析，可推斷出此破碎帶走向。下壩址Ⅰ斷面大極距裝置，由于省道206的限制，最長(zhǎng)可布置800 m。斷面MN間距5 m，測(cè)量點(diǎn)距5 m，最大供電極距AO、BO為107.5 m。

下壩址Ⅰ斷面等視電阻率斷面圖見(jiàn)圖4。

圖4 下壩址Ⅰ斷面大極距裝置等視電阻率斷面圖

為了便于分析AMN∞剖面與∞MNB剖面變化規(guī)律及相互關(guān)系，提取兩個(gè)深度的視電阻率剖面，綜合分析下壩址Ⅰ斷面等大極距裝置視電阻率斷面圖與視電阻率剖面圖，具有如下特征：AMN∞剖面與∞MNB剖面由左至右視電阻率先增大后減小，由上至下視電阻率逐漸增大，同一深度視電阻率在記錄點(diǎn)350 m之后為AMN∞視電阻率大于∞MNB視電阻率的分離狀態(tài)，且有趨于相交的趨勢(shì)，但限于剖面長(zhǎng)度的制約，無(wú)法判定800 m之后的趨勢(shì)，故有待后續(xù)斷面補(bǔ)充。

(2)下壩址Ⅱ斷面與下壩址Ⅰ斷面之間相隔省道206，其MN間距5 m，測(cè)量點(diǎn)距5 m，最大供電極距AO、BO為107.5 m。由于該區(qū)域坡洪積較厚，故無(wú)法應(yīng)用小極距裝置以縮小盲區(qū)。下壩址Ⅱ斷面等視電阻率斷面圖見(jiàn)圖5。

圖5 下壩址Ⅱ斷面等視電阻率斷面圖

提取兩個(gè)深度的視電阻率剖面，綜合分析下壩址Ⅱ斷面等視電阻率斷面圖與視電阻率剖面圖，具有如下特征：AMN∞剖面由左至右視電阻率逐漸減小，∞MNB剖面左至右視電阻率逐漸增大，同一深度視電阻率在110 m之后為∞MNB視電阻率大于AMN∞視電阻率的分離狀態(tài)，但限于剖面長(zhǎng)度的制約，無(wú)法判定110 m之前的趨勢(shì)，但結(jié)合下壩址Ⅰ斷面的數(shù)據(jù)，可以推測(cè)在Ⅰ、Ⅱ斷面之間可能存在AMN∞剖面與∞MNB剖面的相交點(diǎn)。

(3)在Ⅰ、Ⅱ斷面之間上游方向100 m處的省道206公路橋下布置鏈接兩斷面的Ⅲ斷面。下壩址Ⅲ斷面大極距裝置， MN間距5 m，測(cè)量點(diǎn)距5 m，最大供電極距AO、BO為107.5 m。下壩址Ⅲ斷面大極距裝置等視電阻率斷面圖見(jiàn)圖6。

綜合分析下壩址Ⅲ斷面大極距裝置等視電阻率斷面圖與視電阻率剖面圖，具有如下特征：AMN∞剖面與∞MNB剖面由左至右視電阻率高低交替，由上至下視電阻率逐漸增大，同一深度視電阻率在190 m之前為AMN∞視電阻率大于∞MNB視電阻率的分離狀態(tài)，但限于斷面盲區(qū)的制約，無(wú)法判定190 m之后的趨勢(shì)，所以為了縮小盲區(qū)，在本斷面上應(yīng)用小極距裝置加以補(bǔ)充。下壩址Ⅲ斷面小極距裝置，MN間距5 m，測(cè)量點(diǎn)距5 m，最大供電極距AO、BO為52.5 m。下壩址Ⅲ斷面小極距裝置等視電阻率斷面圖見(jiàn)圖7。

圖6 下壩址Ⅲ斷面大極距裝置等視電阻率斷面圖

圖7 下壩址Ⅲ斷面小極距裝置等視電阻率斷面圖

提取一個(gè)深度的視電阻率剖面，綜合分析下壩址Ⅲ斷面小極距裝置等視電阻率斷面圖與視電阻率剖面圖，具有如下特征：AMN∞剖面與∞MNB剖面由左至右視電阻率高低交替，同一深度視電阻率在240 m之前為AMN∞視電阻率大于∞MNB視電阻率的分離狀態(tài)，240 m之后AMN∞視電阻率呈現(xiàn)下降趨勢(shì)∞MNB視電阻率呈現(xiàn)上升趨勢(shì)成分離狀態(tài)，故可分析該斷面在240 m處存在一低阻異常帶。

為了確定該低阻異常帶是否為構(gòu)造破碎帶或斷層，需要布置一平行測(cè)線在異常帶的縱向空間進(jìn)行檢驗(yàn)，故在下壩址Ⅲ斷面下游方向約450 m處布置一條輔助測(cè)線，即下壩址Ⅳ斷面。斷面大極距裝置MN間距5 m，測(cè)量點(diǎn)距5 m，最大供電極距AO、BO為107.5 m。由于采取大極距裝置會(huì)在斷面頭尾產(chǎn)生較大的盲區(qū)，為了縮小盲區(qū)范圍，故該在斷面上應(yīng)用小極距裝置，最大供電極距AO、BO為52.5 m。

下壩址Ⅳ斷面大極距裝置等視電阻率斷面圖見(jiàn)圖8，下壩址Ⅳ斷面小極距裝置等視電阻率斷面圖見(jiàn)圖9。

綜合分析下壩址Ⅳ斷面大極距裝置及小極距裝置等視電阻率斷面圖與視電阻率剖面圖，具有如下特征：AMN∞剖面與∞MNB剖面由左至右先視電阻率先減小后增大,由上至下視電阻率逐漸增大，同一深度視電阻率在記錄點(diǎn)130 m之前為AMN∞視電阻率大于∞MNB視電阻率的分離狀態(tài)，130 m處間相交，130 m之后為∞MNB視電阻率大于AMN∞視電阻率的分離狀態(tài)，故可分析該斷面在130 m處存在一低阻異常帶，結(jié)合下壩址Ⅲ斷面的分析結(jié)果，該異常應(yīng)為斷層及破碎帶。下壩址Ⅲ斷面與下壩址Ⅳ斷面斷面平面位置綜合分析，可推斷出此斷層及破碎帶走向。

圖8 下壩址Ⅳ斷面大極距裝置等視電阻率斷面圖

圖9 下壩址Ⅳ斷面小極距裝置等視電阻率斷面圖

3.2 鉆孔波速測(cè)試

本次物探鉆孔波速測(cè)試采用聲波測(cè)試與地震波測(cè)試兩種方法，相互矯正，綜合對(duì)比分析。聲波測(cè)試得出的波速值及波速曲線圖能很直觀的反映鉆孔巖體的變化，對(duì)斷層及破碎帶反映較敏感，而且其深部波速值可近似等于完整巖塊的縱波速度。

地震波測(cè)試具有能量大，測(cè)程長(zhǎng)等特點(diǎn)，能反映一段巖體的波速值，并計(jì)算巖體的完整系數(shù)，評(píng)價(jià)巖體的完整程度。

本次測(cè)試共完成12個(gè)鉆孔的測(cè)試工作，其中12個(gè)鉆孔進(jìn)行了聲波測(cè)試，9個(gè)鉆孔進(jìn)行了地震波測(cè)試。根據(jù)9個(gè)做了兩種方法的鉆孔的聲波測(cè)試與地震波測(cè)試綜合對(duì)比分析，給出3個(gè)沒(méi)有進(jìn)行地震波測(cè)試鉆孔(K8、K9、SK3)的縱波建議值。

巖體完整性系數(shù)計(jì)算公式：

(2)

式中：KV為巖體完整性系數(shù)；Vpm為巖體縱波速度(m/s)；Vpr為完整巖塊的縱波速度(m/s)。

完整巖塊的縱波速度的取值是參考物探規(guī)范附錄B中的物性參數(shù)表給出的波速值并結(jié)合本次工作測(cè)試孔內(nèi)聲波的較大值確定，完整巖塊的縱波速度花崗巖、閃長(zhǎng)巖取6 000 m/s。

巖體完整性劃分按照《水利水電工程物探規(guī)程》(SL5010—92)中表3.5.8‘巖體完整性系數(shù)分類(lèi)表’劃分，詳見(jiàn)表1。

表1 巖體完整程度劃分表

4 勘探結(jié)果評(píng)價(jià)

4.1 上壩址區(qū)

通過(guò)孔內(nèi)波速測(cè)試得到上壩址區(qū)地質(zhì)勘查鉆孔的巖體完整性分析與波速值，對(duì)SK1、SK3、SK4和SK5進(jìn)行完整性統(tǒng)計(jì)分析，其統(tǒng)計(jì)方法主要按不同的風(fēng)化程度分別統(tǒng)計(jì)。統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表2。由表2可知，上壩址強(qiáng)風(fēng)化巖體綜合完整性系數(shù)為0.14，屬破碎；弱風(fēng)化巖體綜合完整性系數(shù)為0.43，巖體完整性差；微風(fēng)化～新鮮巖巖體完整性系數(shù)0.67，屬較完整。

4.2 下壩址區(qū)

通過(guò)下壩址Ⅰ斷面與Ⅴ斷面高密度電法勘察，確定該區(qū)域有一低阻異常帶F1，即破碎帶，由于受勘測(cè)區(qū)域地形條件限制，無(wú)法布置足夠長(zhǎng)的電法斷面，故無(wú)法確切勘測(cè)斷層傾向。

由物探勘測(cè)低阻帶范圍較窄推測(cè)該破碎帶規(guī)模較小，建議施工時(shí)適當(dāng)加以灌漿防滲處理。

通過(guò)下壩址Ⅰ斷面、Ⅱ斷面、Ⅲ斷面與Ⅳ斷面高密度電法勘察，綜合分析各斷面數(shù)據(jù)，確定該區(qū)域有一低阻異常帶F2，即斷層或破碎帶，由于受勘測(cè)區(qū)域坡洪積物較厚，電法斷面勘察深度有限，故無(wú)法確切勘測(cè)斷層傾向。

表2 上壩址鉆孔波速測(cè)試統(tǒng)計(jì)表

巖體的完整性一般與巖體的風(fēng)化程度、構(gòu)造發(fā)育程度有關(guān)。通過(guò)孔內(nèi)波速測(cè)試得到下壩址區(qū)地質(zhì)勘查鉆孔的巖體完整性分析與波速值，按不同的風(fēng)化程度分別統(tǒng)計(jì)。統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表3。由表3可知，下壩址上壩線強(qiáng)風(fēng)化巖體綜合完整性系數(shù)為0.11，屬破碎；弱風(fēng)化巖體綜合完整性系數(shù)為0.41，巖體完整性差；微風(fēng)化～新鮮巖巖體完整性系數(shù)0.59，屬較完整。

表3 下壩址上壩線鉆孔波速測(cè)試統(tǒng)計(jì)表

5 結(jié)語(yǔ)

(1)通過(guò)上壩址斷面高密度電法勘察，在上壩址區(qū)斷面勘察范圍內(nèi)未見(jiàn)明顯的破碎構(gòu)造帶或斷層。巖體的完整性一般與巖體的風(fēng)化程度、構(gòu)造發(fā)育程度有關(guān)。

(2)通過(guò)下壩址Ⅰ斷面與Ⅴ斷面高密度電法勘察，確定該區(qū)域有一低阻異常帶F1，即破碎帶，由于受勘測(cè)區(qū)域地形條件限制，無(wú)法布置足夠長(zhǎng)的電法斷面，故無(wú)法確切勘測(cè)斷層傾向。由物探勘測(cè)低阻帶范圍較窄推測(cè)該破碎帶規(guī)模較小，建議施工時(shí)適當(dāng)加以灌漿防滲處理。

(3)此次物探工作達(dá)到物探勘查的目的，較好的完成了勘查任務(wù)，測(cè)試成果與地質(zhì)勘查資料基本吻合。存在的問(wèn)題主要是下壩址和上壩線區(qū)域坡洪積物較厚，電法斷面勘察深度有限，且該區(qū)域有省道206穿過(guò)，測(cè)線無(wú)法連續(xù)布置，勘測(cè)到的低阻異常帶傾向無(wú)法確定。建議在物探推測(cè)斷層F2處布置勘察鉆孔打鉆驗(yàn)證，確定處理防滲方案。