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干渠勘探应用分析论文
干渠勘探应用分析论文 摘要：采用电测深法、地震反射波法、地质雷达技术对天津干渠地层岩性 进行探测，基本查明了沿线砂性土与粘性土(大层)的分布特征，满足了任务要求， 取得了较好的地质效果。关键词：南水北调天津干渠电测深地震反射地质雷达 0前言 天津干渠是南水北调中线工程的重要组成部分，西起河北省徐水县西黑山 村，至天津外环河，全长约154Km。
南水北调中线工程是一项特大型跨流域调水工程，以丹江口水库为水源， 从陶岔渠首引水，向华北平原的豫、冀、京、津等省市供水，建成后将有效缓解 华北地区日趋严重的水资源危机，促进华北地区的经济发展，并对我国社会经济 的发展产生深远影响。
为满足天津干渠初步设计阶段的要求，需对渠线进行物探工作，以了解地 表至设计渠底板以下20m范围内岩性分层（平原段注重砂性土与粘性土大层划 分）；
遇基岩时，了解基岩面高程和岩性。
1地质概况及地球物理特征 区内由西向东跨越地貌单元有：山前丘陵、山前冲洪积倾斜平原、冲洪积 平原和冲积海积平原。下面分述其岩性：
(1)山前丘陵：下部为蓟县系浅灰色硅质条带白云岩和青白口系页岩、千 枚岩、板岩等。上部为第四系红棕色碎石粘土、棕黄色粘土、壤土等。主要分布 在西黑山村附近及其西侧。
(2)山前冲洪积倾斜平原：主要由冲积、湖积、洪积壤土、砂土、粉细砂 等组成，有的地段粘性土夹有钙结核或钙、锰质须状物等。分布在西黑山村～京 广铁路西侧。
(3)冲洪积平原：为古河道和河间地块分布，有河流相、湖相、湖沼相， 颗粒组成以细粒为主，有粘土、壤土、粉细砂、细砂、中细砂等，一些地段为薄层细砂与壤土互层，且砂层具微型交错层理。分布在京广铁路～霸州。
(4)冲积海积平原：为海、陆交互地层，以粘土、壤土为主，局部为砂、 粘性土互层。分布在霸州以东～天津。
渠线穿越汇水面积较大的河流共8条，这些河流均属海河水系，且多为季 节性河流，雨季行洪，旱季多断流。
由西至东，地下水位埋深逐渐减小(渠首20～30m，渠尾1～2m)。其水质 由淡水型变为高矿化度的微咸水，矿化度由京广铁路附近的370mg/L，到外环河 附近则高达2670mg/L。
综上所述，由于线路较长，各岩层的沉积环境及其空间变化较大，加之地 下水矿化度的巨大变化，致使测区岩层的地球物理特征复杂。经综合分析物探试 验、实测成果及地勘资料，得各岩层物性参数(见表1)。
表1岩层物性参数表 岩性 电阻率 (Ω・m) 纵波速度 (m/s) 密度 (g/cm3) 波阻抗 (105g/cm2.・S) 雷达波速 (m/μS) 相对介电常数 壤土 (砂壤土) 15～60 300～800 1.55～1.80 0.46～1.44 50～150 4～40 粘土 5～30 600～1300 1.60～1.77 0.96～2.30 70～170 2.6～16 砂 40～600 500～1000 1.24～1.370.62～1.37 55～80 15～30 白云岩 350～2000 2800～4000 2.60～2.90 7.28～11.60 80～120 7～16 页岩 300～1800 2700～4000 2.60～2.85 7.02～11.40 80～115 7～16 由表1知，基岩（白云岩、页岩）与第四系地层间具有较大的电性和弹性 差异，具备综合物探的物理前提；
粘土、壤土（砂壤土）、砂的电阻率、波阻抗、 介电常数等具有一定的差异，可用电阻率法、地震法和地质雷达探测。但第四系 地层中有些岩层（如砂层）厚度太薄，且多为中间层展布，在电法或地震曲线上 反映不明显，难于准确地划分；
同时，由于沿线地下水位埋深较浅，尤其是牛亡 牛河以东至天津外环河段地下水位埋深只有2～3m,矿化度较高，使得地下水位以下岩层的物性差异变小，物探分辨率相对降低。
2物探方法与技术 2.1电测深法 采用对称四极等比装置(AB/MN=5)，且(AB/2)min=1.5m，(AB/2)max=200m， 当地质物探条件变化时，最大极距适当调整。
2.2地震反射波法 采用单边激发三次覆盖观测系统。工作参数按展开排列确定，选用检波器 间距1m，偏移距15m或28m。
2.3地质雷达 采用剖面法。使用瑞典RAMAC/GPR地质雷达系统。天线中心频率50MHz， 收发天线间距2m。
3资料解释与成果分析 3.1电测深法 3.1.1定性分析 (1)曲线类型 该渠线电测深曲线类型可划分为：H、K、QH、HK等主要类型。
H型曲线：主要分布在桩号0+000～8+700、40+000～48+300、65+300～ 78+900等渠段。其中第一段：曲线首支为表层较干燥或较密实的壤土（砂壤土）， 中部低阻为粘土或壤土，尾支呈45°角上升，为高阻的基岩（白云岩、页岩）反 映。第二和第三段：曲线为第四系地层的反映，首支为较干燥或较密实的表层砂 壤土（壤土），中部低阻为粘土或饱水壤土等，尾支一般为壤土类地层，多以15° ～30°角上升。
K型曲线：主要分布在桩号48+500～49+400、51+300～52+000、55+500 ～56+300、57+580～64+330等渠段，均为第四系地层，其曲线首支为表层壤土 （砂壤土），中部为地下水位以上的砂（粉、细、中砂），尾支为壤土。QH型曲线：主要分布在桩号119+700～123+800、128+000～154+000等渠 段，首支为表层砂壤土（壤土），中部为粘土，其后为饱水壤土，因其地下水矿 化度很高，导致电阻 率降低，尾支虽有上升趋势，但变化不明显，同样为壤土的电性反映。需 要说明的是该曲线类型除受岩性影响外，受地下水（高矿化度）的影响尤甚。
HK型曲线：主要分布在桩号13+000～35+800等渠段，曲线首支为表层砂 壤土（壤土），中部低阻为粘土或壤土，其后较高阻为地下水位以下砂层（粉、 细、中砂），因其含水（矿化度低）及埋深相对较大，故在曲线上只反映出升高 趋势，尾支为壤土。
另外，还有少量的HKH型、KH型、D型和G型曲线，以及在均一结构和电 性差异甚小的地层中还有一些平直型曲线。
(2)等视电阻率断面图 通过分析等视电阻率断面图，了解等值线形态起伏变化及地电特征，判断 地质体的分布位置及其空间变化规律。
在渠首地段，等值线表现为：表层为较稀疏的等值线，且视电阻率多为40 ～70・m，中部为水平层状的等值线，其视电阻率值较低，多为20～30・m，下 部为高阻标志层的白云岩或页岩，等值线密集，其值较高。同时可从等断面图中 判别出下伏基岩（白云岩、页岩）顶板随渠线桩号增大而变深。
在第四系地层中，除局部地段的表层电阻率变化较大外，一般渠线表层电 阻率幅值变化较小，其等值线分布稀疏，反映了一定厚度的壤土（砂壤土）。若 中部有砂分布，等值线幅值变化较大（含水时降低），等值线密集，并出现高阻 闭合圈或半闭合圈，依此特征可定性判断砂的空间展布特征及分布范围。
(3)中间层电阻率的确定 ①由孔旁电测深曲线反求；
②用二层量板从较厚层曲线上求取；
③由等值 原理范围很窄的曲线上直接确定；
④从均一结构地层中的曲线中求取。
3.1.2定量解释方法量板法结合孔旁测深曲线对比法。
3.2地震反射波法 采用美国EAVESDROPPER浅反处理软件进行室内资料的分析解释，其处 理步骤为：数据输入→格式转换→剔除坏道→动平衡→带通滤波→初至切除→条 带切除→抽道集→常速度扫描→正常时差校正→迭加→时间剖面。解释所用速度 参数是由速度分析、速度扫描和正演拟合等方法求取。
如桩号134+543～134+609段地震时间剖面，其中T1同相轴为上部粘土、 下部壤土分界面的反射同相轴，其双程反射时为28～34ms，以迭加速度700m/s 计算，下伏壤土顶板埋深为9.8～11.9m。结果与电测深、地质雷达解释成果吻合。
3.3地质雷达 由野外实测获得的雷达剖面，经室内滤波、平衡等处理后，根据各岩（土） 层的雷达波速经验值来计算其深度，再与钻孔资料对比划分岩层。
如桩号134+400～134+600段雷达时间剖面，其中T1为一很强的反射同相 轴，但至测点300以后上覆地层的反射变得复杂（多层），且T1同相轴的幅值变 小，但仍连续可辨。经与钻孔对比认为T1应为上部粘土、下部壤土界面的反射同 相轴，其双程反射时为265～295ns，取上覆粘土的雷达波速0.07m/ns，则下伏壤 土顶板埋深为9.2～10.3m，与电测深、地震反射解释结果吻合。
3.4成果分析 (1)探测深度内有基岩发育的渠首段约占渠线长度的1.39%。基岩岩性为蓟 县系白云岩或青白口系页岩。上覆松散堆积物（壤土、粘土）厚度为0～30.0m， 为多层结构，其岩性层序为壤土―粘土―白云岩或页岩。
物性与岩性的关系：壤土电阻率，波速Vp=350～510m/s；
粘土电阻率， 波速Vp=650～850m/s；
白云岩或页岩电阻率，波速Vp=2700～4000m/s。上述岩 层以粘土电阻率最低，但波速居中；
壤土电阻率居中，但波速最低；
白云岩或页 岩电阻率最大，为高阻标志层，其波速也最高。
(2)探测深度内为第四系松散堆积物的渠段长度约占渠线长度的98.61%， 其岩性为壤土（砂壤土）、粘土、砂。土体中均一结构的岩性为壤土（砂壤土）；
双层结构的岩性层序为：砂―壤土（砂壤土）、粘土―壤土（砂壤土）；
多层结 构的岩性层序为：壤土（砂壤土）―砂―壤土（砂壤土）、壤土（砂壤土）―砂 ―壤土（砂壤土）―砂―壤土（砂壤土）、壤土（砂壤土）―砂―粘土―壤土（砂 壤土）、壤土（砂壤土）―粘土―壤土（砂壤土）、粘土―壤土（砂壤土）―粘 土―壤土（砂壤土）、壤土（砂壤土）―粘土―砂―壤土（砂壤土）、壤土（砂 壤土）―粘土―壤土（砂壤土）―粘土―壤土（砂壤土）、砂―粘土―壤土（砂 壤土）等。
物性与岩性的关系：壤土（砂壤土）电阻率，波速Vp=320～550m/s；
粘 土电阻率，波速Vp=670～1100m/s；
砂电阻率，波速Vp=680～800m/s。在分析上 述各岩层的物性特征时应注意其所处渠线的位置及地下水质的变化，尤其是靠近 天津区划时地下水矿化度增高对测试参数（ρ）的影响较大。一般情况下，地下 水位以上的包气带土层较干燥，测试参数（ρ）较高，变化范围也很大。而地下 水位以下尤其是位于高矿化度水质的饱水带中各岩层的参数（ρ）变化及差异不 是很大。
(3)沿线砂层主要分布在第四系冲洪积层内，其空间展布特征为层状或透 镜体，层厚3～18m，一般5～11m。分布桩号为：17+850～22+445、25+000～31+500、 32+700～46+100、48+300～64+050等渠段，总长约54.62km，占渠线长度的35.42%。
4结语 南水北调中线天津干渠的物探工作，根据测区地形、地质及地球物理条件， 采用综合物探方法，并结合地质单元的变化，采取了相应的技术措施。同时物探 资料解释过程中对比了相应钻探资料，又与地质分析紧密结合，因而提高了物探 成果的解释精度(见表2)，基本查清了渠线和建筑物地层岩性及其厚度，满足了 任务要求，取得了良好的应用效果。
表2部分钻探与物探成果对比表 桩号 孔号 终孔深度 （m）岩性 厚度(m) 钻探 物探 1+634 TQZK5 18.0 壤土 7.0 7.3 粘土 未揭穿 24.0 壤土 13.0 12.2 11+516 TQZK25 20.0 砂 5.9 5.6 壤土未揭穿 20.0 壤土 4.3 4.3 18+555 TQZK41 16.0 砂 4.1 4.7 壤土 未揭穿 25.0 壤土 5.8 6.5 25+546 TQZK57 20.0 砂 5.6 5.9壤土 未揭穿 23.0 壤土 2.5 2.4 60+000 TQZK133 16.5 砂 7.6 7.8 壤土 未揭穿 26.0 壤土 2.5 2.9 70+080 TQZK153 21.0 粘土 6.56.5 壤土 未揭穿 29.0 壤土 3.0 2.8 70+908 TQZK155 21.0 粘土 5.2 5.3 壤土 未揭穿 27.0
