综合物探在水库防渗墙检测中的应用

2023-05-25崔晨

河南水利与南水北调 2023年4期

关键词：井液电法波速

崔晨

（新疆水利水电勘测设计研究院有限责任公司，新疆昌吉 831100）

1 工程概况

楼庄子水库可增加调蓄水量9 464万m3，保障头屯河流域下游1.75万hm2农田灌溉用水需求，同时将全面提高该流域总体防洪标准，使下游河道防洪标准由20年一遇提高到50年一遇，确保下游人民群众的生命和财产安全。

2 区域地质概况

楼庄子水库左岸出露地层为侏罗系砂岩和泥岩，主要分布于四级阶地以上的岸坡上，高程1 355～1 380 m为四级阶地，地层有第四系上更新统砂卵砾石，上覆2.30 m风积黄土，地层基底为泥、砂岩互层，基岩顶面凹凸不平，据物探地震资料，该处覆盖层最大厚度37 m，三级阶地最大覆盖层厚度20 m。右岸出露地层为第四系全新统砂砾石、亚砂土，厚度1～2 m，坡角处堆积4～5 m坡积碎石土，岸坡主要由侏罗系中统地层组成，以泥岩、砂岩不均匀互层和黄灰色巨厚层中粗砂岩。河床段出露地层第四系全新统冲洪积卵石，下伏侏罗系中统泥岩和砂岩。

3 工作布置

此次测试工作具体布置为：首先平行于防渗墙前、后2 m处各布置1条自然电场测试剖面，再沿防渗墙后10 m布置1条自然电场剖面和一条高密度电法测试剖面。

根据自然电位和高密度电法测试成果对比分析确定异常部位并选取四组声波对穿孔ZK1-2、ZK3-4、ZK5-6、ZK7-8 进行声波波速测试，对自然电场法和高密度电法工作进行验证，为提高测试成果的精确度，再在防渗墙内的异常部位布置了一检查孔ZK9，并对该孔进行声波波速测试、井液电阻率测试及井下成像系统的测试。

4 检测原理及方法

4.1 自然电场法

4.2 高密度电法

此次采用温纳α 排列倒梯形装置进行采集，测试采用3 m电极距进行测试，供电时间2 s，重复采集次数3次。

4.3 综合测井法

本次测试主要采用了单孔测试法和跨孔测试法进行检测。

单孔测试法是将探头置于孔内，探头中的发射换能器T发射的声波，遇到井壁后形成纵波（Vp）、横波（Vs）、和表面波（Vr），纵波最先到达接收换能器R1、R2（见图1）。接收换能器R1和R2的声时分别为t1和t2，R1和R2之间的距离为Δt，则岩层的纵波速度为vp=Δt/（t2-t1），随着探头的移动，遇到不同的岩层、裂隙或破碎带，可测得声波的相应变化，从而了解岩性完整性程度及裂隙的变化情况。

图1 单孔法、跨孔法测试工作原理图

跨孔声波测试是发射T和接收R1分别在两个钻孔中进行（见图1），两孔的孔径和深度应保持一致，根据波速计算公式：vp=DH/t来算出测试岩体的纵波波速。

井液电阻率测井：井液电阻率测量原理和常规电阻率法一样，只是采用的电极系形式不同。井液电阻率测试采用扩散法，测试点距0.20 m，自孔底向上逐点连续测试。

5 物探测试成果分析

5.1 自然电位测试成果

①防渗墙上游2 m 测线：该测线沿防渗墙上游2 m 且平行于防渗墙布置，经过测试其自然电位值多在-15～20 mv 之间波动，但在桩号0+113～0+130、0+170～0+185、0+265～0+280 m 段出现明显的低值异常，自然电位值多小于-40 mv，判断渗漏异常段。②防渗墙下游2 m 测线：该测线沿防渗墙下游2 m且平行于防渗墙布置，经过测试其自然电位值多在-10 mv 上下波动。但在桩号0+110～0+125、0+168～0+190、0+264～0+285 m段出现明显的低值异常，自然电位值多小于-35 mv，判断渗漏异常段。③防渗墙下游10 m 测线：该测线沿防渗墙下游10 m且平行于防渗墙布置，经过测试数据分析该测线的自然电位值多在约10 mv，但在桩号0+108～0+128、0+172～0+292、0+262～0+283 m段出现明显的低值异常，自然电位值多小于-25 mv，判断渗漏异常段。

5.2 高密度测试成果

根据高密度测试数据的处理与分析，由专用反演软件对该数据进行反演计算得出反演成果图，由图可见在桩号0+105～130、0+180～190、0+260～280 m 段由地表向下部地层均出现低阻延伸带，其视电阻率多在50 Ω·m以内，与周围的视电阻率存在较大的差异化，高度含水地层是导致视电阻率偏低的主要原因之一，故推测以上桩号段为防渗墙渗漏带。

5.3 自然电场法与高密度电法测试成果对比分析

由自然电场法与高密度电法测试成果对比分析得出该防渗墙出现三处渗水异常段（见表1），分别为1号异常段位于0+105～0+130 m、2号异常段位于0+168～0+190 m、3号异常段位于0+262～0+285，为了进一步验证每个异常段的准确性，现对该三处异常段分别钻取一组对穿孔，进行声波对穿测试，对防渗墙墙体质量的完整性做进一步评价，

表1 防渗墙异常段表单位：m

同时在2号异常段钻取一单孔（ZK9）进行孔内成像及渗流分析，进一步确定防渗墙的渗透深度范围。

5.4 钻孔测试成果分析

通过利用声波法对钻孔进行测试的成果分析，ZK1-2号对穿孔在测试深度26.80～29.80 m为相对低波速段，经查前期施工资料该处防渗墙体与基岩接触面在28.40～29.00 m，二者吻合。ZK3-4号对穿孔在测试深度29.00～30.60 m为相对低波速段，经查前期施工资料该处防渗墙体与基岩接触面在30 m，二者吻合。ZK5-6号对穿孔在测试深度32.40～34.40 m为相对低波速段，经查前期施工资料该处防渗墙体与基岩接触面在34.40 m，二者吻合。ZK9号对穿孔在测试深度34.20～39.80 m为相对低波速段，经查前期施工资料该处防渗墙体与基岩接触面在37.20 m，二者吻合。通过声波测试成果与前期防渗墙施工资料对比，初步判断该防渗墙主要渗水部位在墙体与基岩的接触面。

此次对ZK9号孔进行了井液盐化电阻率测试，其测试成果见表2。