物探在南水北调中线天津干渠勘探中的应用.docx
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物探在南水北调中线天津干渠勘探中的应用
物探在南水北调中线天津干渠勘探中的应用
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,大体查明了沿线砂性土与粘性土(大层)的散布特征,知足了任务要求,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份,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,建成后将有效减缓华北地域日趋严重的水资源危机,增进华北地域的经济发展,并对我国社会经济的发展产生深远影响。
为知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。
主要散布在西黑山村周围及其西侧。
(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。
散布在西黑山村~京广铁路西侧。
(3)冲洪积平原:
为古河道和河间地块散布,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,且砂层具微型交织层理。
散布在京广铁路~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。
散布在霸州以东~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)。
其水质由淡水型变成高矿化度的微咸水,矿化度由京广铁路周围的370mg/L,到外环河周围则高达2670mg/L。
综上所述,由于线路较长,各岩层的沉积环境及其空间转变较大,加上地下水矿化度的庞大转变,致使测区岩层的地球物理特征复杂。
经综合分析物探实验、实测功效及地勘资料,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
~
~
50~150
4~40
粘土
5~30
600~1300
~
~
70~170
~16
砂
40~600
500~1000
~
~
55~80
15~30
白云岩
350~2000
2800~4000
~
~
80~120
7~16
页岩
300~1800
2700~4000
~
~
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不同,具有综合物探的物理前提;粘土、壤土(砂壤土)、砂的电阻率、波阻抗、介电常数等具有必然的不同,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不同变小,物探分辨率相对降低。
2物探方式与技术
电测深法
采用对称四极等比装置(AB/MN=5),且(AB/2)min=,(AB/2)max=200m,本地质物探条件转变时,最大极距适当调整。
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肯定,选用检波器间距1m,偏移距15m或28m。
地质雷达
采用剖面法。
利用瑞典RAMAC/GPR地质雷达系统。
天线中心频率50MHz,收发天线间距2m。
3资料解释与功效分析
电测深法
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:
主要散布在桩号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:
主要散布在桩号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:
主要散布在桩号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,致使电阻
率降低,尾支虽有上升趋势,但转变不明显,一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:
主要散布在桩号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,和在均一结构和电性不同甚小的地层中还有一些平直型曲线。
(2)等视电阻率断面图
通过度析等视电阻率断面图,了解等值线形态起伏转变及地电特征,判断地质体的散布位置及其空间转变规律。
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转变较大外,一般渠线表层电阻率幅值转变较小,其等值线散布稀疏,反映了必然厚度的壤土(砂壤土)。
若中部有砂散布,等值线幅值转变较大(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散布范围。
(3)中间层电阻率的肯定
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肯定;④从均一结构地层中的曲线中求取。
定量解释方式
量板法结合孔旁测深曲线对比法。
地震反射波法
采用美国EAVESDROPPER浅反处置软件进行室内资料的分析解释,其处置步骤为:
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式求取。
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~。
结果与电测深、地质雷达解释功效吻合。
地质雷达
由野外实测取得的雷达剖面,经室内滤波、平衡等处置后,按照各岩(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,但仍持续可辨。
经与钻孔对比以为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ns,则下伏壤土顶板埋深为~,与电测深、地震反射解释结果吻合。
功效分析
(1)探测深度内有基岩发育的渠首段约占渠线长度的%。
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~,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%,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转变,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,转变范围也很大。
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)转变及不同不是很大。
(3)沿线砂层主要散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。
散布桩号为:
17+850~22+44五、25+000~31+500、32+700~46+100、48+300~64+050等渠段,总长约,占渠线长度的%。
4结语
南水北调中线天津干渠的物探工作,按照测区地形、地质及地球物理条件,采用综合物探方式,并结合地质单元的转变,采取了相应的技术办法。
同时物探资料解释进程中对比了相应钻探资料,又与地质分析紧密结合,因此提高了物探功效的解释精度(见表2),大体查清了渠线和建筑物地层岩性及其厚度,知足了任务要求,取得了良好的应用效果。
表2部份钻探与物探功效对比表
桩号
孔号
终孔深度
(m)
岩性
厚度(m)
钻探
物探
1+634
TQZK5
壤土
粘土
未揭穿
>
壤土
11+516
TQZK25
砂
壤土
未揭穿
>
壤土
18+555
TQZK41
砂
壤土
未揭穿
>
壤土
25+546
TQZK57
砂
壤土
未揭穿
>
壤土
60+000
TQZK133
砂
壤土
未揭穿
>
壤土
70+080
TQZK153
粘土
壤土
未揭穿
壤土
70+908
TQZK155
粘土
壤 土
未揭穿
参考文献
⑴刘康和等《瑞马探地雷达及工程应用》《水电站设计》1999年
⑵刘康和《堤防工程的综合物探勘探》《长江职工大学学报》2000年
⑶《水文工程地球物理勘探技术》长春地质学院教材1991年12月
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- 物探 南水北调 中线 天津 干渠 勘探 中的 应用