淺層折射地震勘探在水利工程勘察中的應用

康學新，姜　軍，孫寶喜

(1.密山市河務管理處，黑龍江 密山 158300；2.黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱 150080)

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淺層折射地震勘探在水利工程勘察中的應用

康學新1，姜軍1，孫寶喜2

(1.密山市河務管理處，黑龍江 密山 158300；2.黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱 150080)

摘要：為了對擬建奮斗水庫庫區進行相關的工程地質勘察，采用了淺層折射地震勘探方法，通過該方法的現場使用及后繼地震資料的解釋處理，表明：該方法野外操作簡便，工作效率高，可節省大量的工程鉆探費用；該方法資料解釋得出的地層層厚，通過與相關的鉆孔資料對比，基本吻合，較為精準；該方法發現的低速帶與其它物探方法發現的異常相互比對，也基本一致。結論淺層折射地震勘探是一種高效快速、準確可靠、經濟實用的物探方法，在水利工程勘察領域具有廣闊的發展前景，在眾多的工程勘察方法中值得采用。

關鍵詞：淺層折射地震勘探；折射波；低速帶；水利工程

0前言

地震勘探是通過觀測和研究人工激發的彈性波在巖石中的傳播規律來解決工程及環境地質問題的一種地球物理方法[1]。它是眾多地球物理方法中的一個重要分支。

根據震源激發出的振動也稱地震波向四周傳播的波形特征，地震勘探可分為3種基本方法。它們是反射波法、折射波法、透射波法(地震測井)，3種方法在陸地和海洋均可應用[2]。

根據地震探測的深度不同，有中、深層地震勘探和淺層地震勘探之分。前者勘探深度達幾百米至幾公里(例如煤層及石油勘探)，后者探測深度由幾米至幾百米(例如工程及環境勘探)。

淺層折射波法，是利用人工激發的地震波在巖土界面上產生的折射現象，對淺部具有速度差異的地層或構造進行探測的一種地震勘探方法，是目前工程地震勘探中技術最成熟、應用最廣泛的方法。

淺層折射地震勘探在水文地質及工程地質調查中，特別在解決有關水利、水電工程地質的問題中，當需要了解河床、水庫底的構造時，應用淺層折射地震勘察并結合相應的地質鉆探資料，往往會取得較理想的勘探效果。

實際工作中，淺層折射地震勘探主要用來劃分地層，根據測得的縱波波速的數值范圍，結合測線上的地質鉆孔資料，就可以大致了解測線沿線的地下層位情況，結合其它物探方法，還可綜合測定構造破碎帶的位置、傾向、寬度等相關參數。

黑龍江省穆棱市奮斗水庫壩址區勘察中采用了淺層折射地震勘探與高密度電阻率勘探相結合的綜合物探勘察方法，本文即以淺層折射波法地震震勘探在黑龍江省穆棱市奮斗水庫工程勘察中的應用實例，來證明淺層折射地震勘探在水利工程勘察中的勘探效果。

1工作方法

淺層折射地震勘探采用的儀器設備主要包括地震檢波器、地震電纜和工程地震儀。地震檢波器是安置在地面、水中或井下以拾取大地振動的地震波接收器；地震電纜起到把地震檢波器接收的大地振動信號傳遞至工程地震儀的作用；工程地震儀則是在采集地震數據時，將檢波器輸出的電信號進行放大、顯示并記錄下來的專用儀器[3]。隨著相關電子科技的不斷發展，淺層折射勘探使用的儀器設備性能也不斷提升，地震檢波器的靈敏度有了很大進步，精度越來越高，地震電纜在防水、防凍及耐用性方面有了很大的改進，工程地震儀則集數據采集、實時顯示、自動存儲及簡單的前期數據處理于一身，智能化程度越來越高，使用起來也越來越方便，而且工程地震儀的體積重量也越來越小了，這樣就更加便攜，在野外復雜的地形環境下，工作起來能減輕了不少負擔。更可喜的是，由于儀器設備及工作方法的不斷改進，淺層折射地震勘探目前的工作效率更是大大提高，過去一天完成500 m的工作量都挺緊張，現在每天完成1～2 km已是常態。

淺層折射地震勘探中，要求采用能激發地震波的震源來產生高頻脈沖，以滿足勘探深度要求。野外作業中常采用爆炸震源、錘擊震源、落重震源等作為震源，爆炸震源一般使用的是雷管、炸藥，錘擊震源使用大錘、鐵板，落重震源則是采用專用的機械裝置將配套的重錘提升來砸擊地面。目前多使用激發能量較大的爆炸震源。

折射波法外業工作包括下列內容：外業準備工作、生產前的試驗工作、測網測線布置、觀測系統的選擇、儀器參數的選定、地震波的激發與接收、速度參數的測定、資料的檢查與評價等[4]。

2資料解釋

淺層折射地震勘探資料的定量解釋方法采用常規t0差數時距曲線法和截距時間法。通過對地震資料數據文件進行整理，讀取折射波傳播時間，繪制折射波時距曲線圖，采用常規t0差數時距曲線法和截距時間法計算，獲得地下地震縱波速度及相應層厚度。當基巖相對同一層中出現縱波波速相對較低的部位，解釋為低速帶。出現低速帶可能是由于巖體不完整(局部風化強烈、節理裂隙發育、巖石破碎等)或含水等原因造成的。低速帶與其它物探方法發現的異常相互對照，如位置吻合則可定為構造破碎帶。

3工程實例分析

奮斗水庫行政區劃隸屬于黑龍江省穆棱市，位于穆棱市的西南，穆棱河上游，距穆棱鎮的東南13km，壩址控制面積1740 km2。是穆棱河干流上規劃推薦的主要控制性蓄水工程。該水庫是一座以城鎮供水為主，兼顧灌溉、防洪、生態環境、用水和發電的大型水利樞紐工程[5]。

根據2010年由黑龍江省水利水電勘測設計研究院編制的《黑龍江省穆棱市奮斗水庫項目建議書》，水庫校核洪水位為387.30m，總庫容為2.12×108m3，正常蓄水位382.0m，相應庫容1.47×108m3，主要包括攔河壩、溢洪道、輸水洞和電站廠房等。

本次勘察工作采用淺層折射地震勘探解決探測相應測線覆蓋層厚度、基巖埋深的問題，并依據淺層折射地震勘探發現的低速帶結合高密度電法發現的低阻帶，通過綜合分析，來確定構造破碎帶的位置及相關參數。

本次工作在奮斗水庫上壩址上壩、上壩址中壩共布置12條物探測線，：A-A′線(上壩址上壩壩軸線)、B-B′線(上壩址上壩導流隧洞軸線)、C-C′線(上壩址上壩溢洪道軸線)、D-D′線(上壩址上壩引水段及廠房軸線)、E-E′線(上壩址上壩溢流壩軸線)、F-F′線(上壩址上壩隧洞軸線)、G-G′線(上壩址中壩壩軸線)、H-H′線(上壩址中壩上游輔助線)、I-I′線(上壩址中壩下游輔助線)、J-J′線(上壩址中壩引水壩段軸線)、K-K′線(上壩址中壩溢流壩段軸線)、L-L′線(上壩址中壩引水隧洞軸線)。首先在12條測線進行淺層折射地震勘探(測點距5m)，然后在12條測線進行高密度電阻率勘探(測點距5m)。

本次物探工作完成的12條測線具體位置詳見圖1。

圖1　奮斗水庫壩址區工程物探解釋平面圖

由于篇幅所限，本文僅以上壩址中壩引水隧洞軸線的地震勘探解釋結果為例進行說明。

經過對地震原始數據的處理、計算及繪圖等程序，可對上壩址中壩引水隧洞軸線(L—L’)分析如下：

第一層：縱波波速在480～690m/s，解釋主要巖性為全、強風化花崗巖。該層厚度在0.5～7.2m。

第二層：縱波波速在2100～2800m/s，解釋巖性為弱風化花崗巖，厚度在30.7～36.6m。

第三層：縱波波速在3800～4600m/s，解釋巖性為微風化～新鮮花崗巖。

通過地震勘探解釋有一條低速帶，位于距測線起點(L點)302m附近，縱波波速為2000m/s。

圖2為L—L’線的高密度電法斷面，從高密度電法反演結果可知，整條測線介質不均勻，距測線起點(L點)302m處有一明顯帶狀低阻異常，寬約20m，傾向小號點，推測為構造破碎帶。

圖2上壩址中壩引水隧洞軸線高密度電法斷面

通過淺層折射地震地震勘探發現的低速帶與高密度電法勘探發現的低阻帶綜合分析對比，最終解釋1條構造破碎帶Lf1。位于水平距離302m附近，縱波波速為2000m/s，寬約為20m，傾向小號點。

最后，根據淺層折射地震勘探資料解釋出的波速及相應層厚度數據，并結合L線上的地質鉆孔資料(淺層折射地震勘探解釋層厚與鉆孔資料較為吻合)，繪制L線的地震剖面圖見圖3。

圖3上壩址中壩引水隧洞軸線淺層折射地震勘探剖面圖

4結語

通過淺層折射地震勘探在黑龍江省穆棱市奮斗水庫工程勘察中的實際應用效果，可以看出，該方法野外操作簡單便捷，后期的資料處理也比較成熟可信，在與其它物探方法的對比分析中也體現了較高的精度，不失為一種成效顯著的物探方法，在未來水利工程勘察中，淺層折射地震勘探應該占有一席之地，值得加以推廣應用。

參考文獻：

[1]鄧一謙，雷宛.工程與環境物探[M].成都：成都理工大學信息工程學院，2003：125-134.

[2]單娜琳，程志平，劉云禎.工程地震勘探[M].北京：冶金工業出版社，2006：1-4.

[3]長春地質學院水文物探編寫組.水文地質工程地質物探教程[M].北京：地質出版社，1981：170-227.

[4]中國水利電力物探技術信息網，工程物探手冊[M].北京：中國水利水電出版社，2011：247-281.

[5]黑龍江省水利水電勘測設計研究院.黑龍江省穆棱市奮斗水庫工程物探報告[R].哈爾濱：黑龍江省水利水電勘測設計研究院，2012.

中圖分類號：P631.4；TV221

文獻標識碼：B

[作者簡介]康學新(1966-)，女，黑龍江密山人，助理工程師；姜軍(1977-)，男，黑龍江密山人，工程師；孫寶嘉(1965-)，男，山東萊陽人，高級工程師。

[收稿日期]2016-02-05

文章編號：1007-7596(2016)03-0114-03