姜 军，孙宝喜，康学新

(1.密山市河务管理处，黑龙江 密山 158300；2.黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨 150080)

多种物探方法在依兰航电枢纽工程勘察中的应用

姜 军1，孙宝喜2，康学新1

推广应用

(1.密山市河务管理处，黑龙江 密山 158300；2.黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨 150080)

在松花江干流依兰航电枢纽相关的工程地质勘察中，采用了浅层折射地震勘探、瞬变电磁勘探及探地雷达勘探这3种物探方法，通过3种方法的现场使用及后继相关资料的解释处理可以看出：在实际勘察中，物探多种方法的综合运用效果是理想的，通过与相应测线上的钻孔资料对比，证明精度也是可靠的，且可以减少盲目布置的勘探工作量，降低勘探成本，甚至还可以解决某些常规地质方法难以快速解决的问题。由此看出，综合物探在水利工程勘察领域完全可以达到技术要求，在未来的工程勘察中应大力推广。

综合勘探；浅层折射地震勘探；瞬变电磁勘探；探地雷达勘探；纵波波速；推测破碎带

0 前 言

随着人类社会的飞速发展，为了满足人们日益增长的不同需求，各种用途的工程项目越来越多，并正不断向着大型化、复杂化发展。在工程项目动工之前，我们首先要先查明工程项目所在区域地下的地质构造情况，也就是要进行工程地质勘察，这是至关重要的。地下结构是看不见的，需要通过一定的技术手段才能探明，由此衍生出不同的工程地质勘察方法，这其中有直接的纯地质类方法，如钻探、坑探及井探等，还有一大类间接的勘察方法称为物探。与纯地质类方法相比较，物探方法具有精度高、效率高、成本低等诸多优点，因而自诞生之初便在众多的工程地质勘察方法中被广为采用。

物探，全称地球物理勘探，它是通过观察和研究各种地球物理场的变化来解决地质问题的一种勘查方法。物探方法作为一种间接探测的勘察手段，种类还是很繁多的，但基于不同的物理参数，大致分为重(即重力勘探)、磁(即磁法勘探)、电(即电法勘探)、震(即地震勘探)四大类。随着近年来物探理论的日趋成熟及电子技术的迅猛发展，这些年来，国内、外也涌现出来了不少先进的方法和仪器设备，大大地提高了人们对地下地质构造的认识能力。但正是由于不同的物探方法基于的物理参数不同，因此各种方法又各有其应用条件和局限性。只有根据工作条件与要解决的实际问题而采用合适的物探手段，才能取得较好的勘探的效果，通常情况下，为了最大限度地提高物探方法的探测精度，一般应采用两种或两种以上的综合物探方法。

水是生命之源、生产之要、生态之基。水利工程是关系国民经济的命脉工程，称之为千秋大业也不为过。因此在水利工程建设之前，查明工程区域内地质构造状况至关重要。为了解决这类问题，除了常规的钻探、坑探等手段以外，采用适当的物探方法来补充勘察也是必不可少的。

文章即以浅层折射地震勘探、瞬变电磁勘探及探地雷达勘探这3种物探方法在松花江干流依兰航电枢纽工程勘察中的应用实例，来印证一下综合物探在水利工程勘察中的勘探效果。

1 方 法

1.1 浅层折射地震勘探

本工区浅层折射地震勘探仪器使用SE2404M型工程地震仪，采样间隔为0.2-0.5ms，记录长度为204.8-512ms，野外采集的纪录直接存储在仪器中，在后期可直接通过U盘把原始纪录拷出来在电脑上做进一步处理。本次工作检波点距5m，单根电缆长度55m，每个排列地震仪可以连接两根电缆，24个检波器。

1.2 瞬变电磁勘探

瞬变电磁法(TEM)最大的优势是不需要接地且探测深度范围较大，该方法的探测深度与线圈的大小成正比，以方形线圈为例，采用此类线圈时，探测深度大致为线圈边长的5倍，但同时，探测的越深，可分辨的异常体尺寸也相应增大，因此根据工作需要，采用合适尺寸的线圈是至关重要的。

本次工作仪器使用WDC-2B型瞬变电磁系统。发射、接收线圈采用正方形，边长为10m，面积正好为100m2，测量点距采用5m。

1.3 探地雷达勘探

探地雷达也称为地质雷达，该类仪器起源于美国，最早用于军事方面，后期逐渐扩展至民用方面。探地雷达匹配不同频率的天线，可探测不同的深度。因为探地雷达的探测深度与天线频率是成反比的，因此要探测较浅深度时，应选用高频天线，此时探测精度较高，可以发现较细小的异常，而要探测较大深度时，则应选用低频天线，此时探测精度较低，异常要达到一定尺寸才能被发现。所以只有选用合适频率的天线，在实际勘探中探地雷达才能达到理想的探测效果。

本次工作方法采用连测方式。正式探测之前，通过方法实验确定合适的仪器参数如下：时窗600ns，5点自动增益，低通160MHz滤波、高通10MHz滤波，每秒80个扫描。

2 3种方法的运用

2.1 浅层折射地震勘探

浅层折射波法地震勘探解释方法最常采用的是常规t0差数时距曲线法和截距时间法。依上述方法通过相关地计算，最终可获得地下地震纵波速度及相应层厚度。除了计算上述两个参数外，通过地震时距曲线还可以确定低速带，一般是指基岩相对同一层中出现纵波波速相对较低的部位。

2.2 瞬变电磁勘探

瞬变电磁法勘探依据工作现场的实际情况，一般低阻或高阻部位即可定为异常点。在水利工程勘察中，一般低阻条带状异常可定为低阻带，同一条测线，若低阻带与低速带的位置相吻合，则可定为推测破碎带，而这正是水利工程勘察中急于查明的关键要素。

2.3 探地雷达勘探

探地雷达勘探解释方法采用探地雷达自带的SIR3.1解释软件。探地雷达勘探的目的一般无外乎分层和查找异常点两方面，在探地雷达的纪录中，分层一般主要通过层状(线性同相轴)的追踪来实现，而异常点(如管线状或洞穴状等)一般表现为双曲线同相轴的异常特征，通过双曲线同相轴所在的位置和深度就可给异常点定位了。

3 工程实例分析

松花江是黑龙江右岸最大的支流。流域总面积54.6×104km2，地理坐标为E119°52'-132°31',N41°42'-51°38'。

松花江流域属于温带及寒温带大陆性季风气候，多年平均气温在4℃--4℃之间,年最高气温38.2℃,最低气温-48.2℃。多年平均降水量在400-900mm之间，水面蒸发量(E601)在800-850mm。松花江为季节性封冻河流，封冻期一般为140d左右，航期200-210d。开江日期一般为4月中旬，流冰6d左右；封江日期一般在11月下旬，冰冻期10d左右。冬季最大冰厚可达1.6m。

松花江干流依兰航电枢纽工程设计洪水标准100a一遇，设计洪水泄流量11400 m3/s，相应设计洪水位102.66m，相应库容为18.90×108m3，校核洪水标准1000a一遇，校核洪水泄流量20562 m3/s。枢纽工程设计总工程量初步为175.62×104m3。其中混凝土方60.48×104m3，石方11.09×104m3，土方(填方)17.8×104m3。工程区交通较为方便。工程位置图见图1所示。

图1 工程位置图

本次勘察工作的设计阶段为预可研阶段，野外实际工作中共采用了浅层折射地震勘探、瞬变电磁勘探及探地雷达勘探3种物探方法。

本次野外实际工作共在上、下坝址2个部位进行，工作具体布置如下：

谷林套播：晚稻(或再生稻)收获前3天人工撒播油菜，收割后用灭茬机灭茬，机械开沟覆土盖籽。油菜5叶期以上用苗后除草剂除草。初花期和盛花期用多菌灵或咪酰胺+磷酸二氢钾+速效硼叶喷施。油菜8成黄熟用无人机喷撒“立收谷”干燥剂，3～5天后用联合收割机收获。

3.1 上坝址

3.1.1 坝址区

沿坝轴线布置浅层折射波法地震勘探测线长2704m(陆地1430m，水上1274m)。由于工作条件的限制，水上部分勘察方法变更为瞬变电磁。

3.1.2 船闸

沿船闸轴线布置浅层折射波法地震勘探1条测线长2041m(陆地350m，水中1691m)。由于工作条件的限制，水上部分勘察方法变更为探地雷达(一小部分为水中地震)。

3.2 下坝址

3.2.1 坝址区

3.2.2 船闸

沿船闸轴线布置浅层折射波法地震勘探1条测线长2143m(陆地1705m，水上438m)。由于工作条件的限制，水上部分勘察方法变更为探地雷达。

物探工作布置详见图2。

图2 物探工作布置图

下面以下坝址坝轴线上3种物探方法的应用效果来说明综合物探在本次工程地质勘察中所发挥的作用,该线采用3种物探方法，分别进行了浅层折射地震勘探、地震层析成像勘探及超高密度电阻率法勘探。

3.2.2.1 浅层折射地震勘探(C1-C3与C4-C5段)

1)第1层：C1-C3段，纵波波速V1=310m/s-560m/s，厚度0-5.5m，解释岩性为低液限黏土。C4-C5段，纵波波速V1=350m/s-620m/s，厚度0m-10.1m，解释岩性为低液限黏土。

2)第2层：纵波波速V2=710-1200m/s，厚度5.8-9.5m，解释岩性为级配良好细砾。C1-C3与C4-C5段均有分布。

3)第3层：纵波波速V3=1700-2500m/s，厚度在3.7-12.8m，解释岩性为炭质页岩和中砂岩互层。C1-C3与C4-C5段均有分布。

4)第4层：纵波波速V4=2800-3400m/s，解释岩性为炭质页岩和中砂岩互层。C1-C3与C4-C5段均有分布。

通过地震勘探确定有2条低速带，分别位于(距断面左端点)99m与620m附近，宽度约10m与5m，纵波波速分别为2000m/s与1500m/s。

3.2.2.2 瞬变电磁勘探(C2-C3与C3-C4段)

1)第1层： C2-C3段，瞬变电磁视电阻率ρSS1=30Ωm-50Ωm，厚度0-5.5m，解释岩性为低液限黏土。C3-C4段缺失。

2)第2层：瞬变电磁视电阻率ρSS2=50Ωm-100Ωm，厚度3.0-9.5m，解释岩性为级配良好细砾。C2-C3与C3-C4段均有分布。

3)第3层：瞬变电磁视电阻率ρSS3=100Ωm-140Ωm，厚度3.7-12.8m，解释岩性为炭质页岩和中砂岩互层。C2-C3与C3-C4段均有分布。

4)第4层：C2-C3段，瞬变电磁视电阻率ρSS4=140Ωm-400Ωm，解释岩性为炭质页岩和中砂岩互层。C3-C4段，瞬变电磁视电阻率ρSS4=140Ωm-520Ωm，解释岩性为炭质页岩和中砂岩互层。

通过瞬变电磁勘探确定有2条低阻带，分别位于(距断面左端点)723-752m、1037-1077m附近，宽度分别约30m、40m，瞬变电磁视电阻率均为50Ωm-100Ωm。

详见图3与图4。

图3 C2-C3段(左岸)瞬变电磁视电阻率等值线图

图4 C3-C4段(江中)瞬变电磁视电阻率等值线图

3.2.2.3 探地雷达勘探

通过对下坝址坝轴线江中探地雷达采集数据进行分析处理，可以得到如图3的探地雷达剖面。由于下坝址坝轴线江中以瞬变电磁为主，探地雷达仅作为对比参照。仅作大致分析：

1)第1层：电磁波波速Ve1=6.8×10-2m/ns-6.9×10-2m/ns，厚度3.0-4.7m，解释岩性为级配良好细砾。

2)第2层：电磁波波速Ve2=1.2×10-1m/ns-1.3×10-1m/ns，厚度6.7-9.2m，解释岩性为炭质页岩和中砂岩互层。

3)第3层：解释岩性为炭质页岩和中砂岩互层。详见图5。

图5 C3-C4段(江中)探地雷达色谱图

4 结 语

通过上述工程实例可以看出，在工程地质勘察的众多方法中，物探方法是行之有效的。针对具体的问题，如果能够结合实际情况，综合运用多种物探方法来同步进行，则效果往往会更加理想。当然，物探虽然有诸多的优势，但它毕竟是一种间接的勘察手段，物探决不能脱离其它学科独立存在，决不应把物探工作与其它方法完全割裂开来，它必须与地质学、水文地质学、工程地质学、地球化学以及钻探等密切配合，互相补充，互相验证，只有这样，才能获得更好的地质效果。随着物探理论的日趋成熟及相关电子技术的不断发展，近年来国内、外新型的物探仪器设备层出不穷，未来物探勘察的应用领域会越来越广，精度也一定会越来越高。

[1]黑龙江省水利水电勘测设计研究院.松花江干流依兰航电枢纽工程物探报告[R].哈尔滨：黑龙江省水利水电勘测设计研究院，2016.

[2]长春地质学院水文物探编写组.水文地质工程地质物探教程[M].北京：地质出版社，1981：16-18.

[3]邓一谦，雷宛.工程与环境物探[D].成都：成都理工大学信息工程学院，2003.

Application of Various Physical Exploration in Yilan Navigation and Hydropower Key Project

JIANG Jun1;Sun Baoxi2and Kang Xuexin1

(1.Mishan Urban River Affairs Management Department, Mishan 158300, China；2.Heilongjiang Provincial Water Conservancy & Hydroelectric Power Investigation, Design and Research Institute, Harbin 150080, China)

Three kinds of physical exploration methods composed of shallow refracting seismic exploration, transient electromagnetic exploration and prospecting by ground-penetrating radar were adopted for relative geological exploration of Yilan navigation and hydropower key project located on the main Songhua River. Based on the three methods used and subsequent information, it can be seen that the comprehensive usage effect of various physical exploration methods is ideal, it proves that the accuracy is dependable through comparison for drilling hole information about corresponding survey lines, meanwhile, not only mutually reinforcing but also may reduce the blindness in the exploration work quantities and exploration cost, even may solve the problems difficulty to be solved with some conventional geological methods. It can be seen that simultaneous application of various physical exploration methods in the field of hydraulic engineering exploration can completely meet the demands of technology and should be popularized energetically for future project exploration.

comprehensive exploration; shallow refracting seismic exploration；transient electromagnetic exploration；prospecting by ground-penetrating radar；longitudinal wave velocity；broken zone

1007-7596(2017)06-0113-04

2017-05-23

姜军(1965-)，男，工程师，黑龙江密山人，从事小型农田水利工程建设管理工作；孙宝喜(1977-)，男，山东莱阳人，高级工程师，从事工程物探工作；康学新(1966-)，女，助理工程师，黑龙江密山人，从事小型农田水利工程建设管理工作。

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