物理勘探技術論文
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1工程概況
油菜河水庫位于貴州省安順市龍宮風境區(qū)上游9km，距安順市約13km，是安順市唯一的一座中型水庫，是一座集灌溉、發(fā)電、防洪、供水、養(yǎng)殖、旅游為一體的多功能綜合利用的龍頭水庫。該水庫是在強巖溶地帶堵洞筑壩建庫。水庫正常高水位1290m，總庫容5960×104m3，壩高41m，壩型為漿砌石單曲拱壩。發(fā)電引水隧洞洞軸線穿行于溶蝕洼地、峰叢洼地、峰林谷地之中，引水隧洞開挖至0+620時，掌子面突發(fā)涌泥現(xiàn)象，洞渣封堵施工面至樁號0+730m，在此過程中，施工方共計清理塌方淤泥1450m3以上，清理長度為100m(0+730～0+630樁號之間)。此后，掌子面再次突發(fā)涌泥現(xiàn)象，由于擔心掌子面再次發(fā)生涌泥現(xiàn)象產(chǎn)生較大的人員傷亡，目前處于停工狀態(tài)。經(jīng)專家研究決定，初步采用改線方案。本次電磁波CT探測查明巖溶洼地新改線處巖溶發(fā)育情況。
2.1基本原理鉆孔電磁波CT技術基本原理借助于醫(yī)學CT技術。醫(yī)學CT技術是利用X射線掃描人體切面，經(jīng)計算機處理顯示人體病灶的精確圖像。依據(jù)這一理論，當要研究兩鉆孔間巖體內(nèi)構造時，在一鉆孔內(nèi)發(fā)射電磁波，而在另一鉆孔內(nèi)接收電磁波進行斷面掃描，經(jīng)地球物理反演計算，就可重建目標體的二維圖像。井中電磁波CT層析資料的解釋基礎是基于不良地質(zhì)體與其完整圍巖吸收系數(shù)的差異，而破碎帶、溶洞或溶蝕裂隙等都可以形成吸收系數(shù)差異較大的非均勻體，產(chǎn)生出局部高吸收系數(shù)異常，從形態(tài)和大小上易于識別。因此，跨孔電磁波透視在孔間可以較好地探測不良地質(zhì)體，確定空間位置和形態(tài)。
2.2數(shù)據(jù)處理方法與技術資料處理是在微機上完成的，處理流程為:數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C建立成像區(qū)域坐標系形成CT輸入數(shù)據(jù)層析反演成像成圖。1)CT輸入數(shù)據(jù)的形成。對每對跨孔剖面的原始數(shù)據(jù)輸入到微機，按建立的坐標系形成CT輸入數(shù)據(jù)文件。這次野外采集工作中，以孔口高程最高的孔為坐標原點，X軸沿水平方向為孔間水平距離，建立坐標系形成CT輸入數(shù)據(jù)。2)層析反演。CT輸入數(shù)據(jù)直接送至EM－SYS層析成像軟件處理流程中，進行電磁波層析反演，其計算過程如下:由電磁波理論知道，在各向同性均勻巖體中，當在一鉆孔中發(fā)射電磁波，另一鉆孔中接收電磁波時，若發(fā)射天線長度遠小于兩鉆孔間距離，則接收到的電磁波場強為:E=E0fS(θS)fr(θS)R－1.exp(－∫Lβdl)(1)式中:E0是發(fā)射擊天線初始輻射常數(shù);E為相距R處接收到的電場強度;fS(θS)和fr(θS)分別是發(fā)射和接收天線的方向函數(shù);θ為天線的輻射角度;L為射線路徑;dl為積分元;β為介質(zhì)的吸收系數(shù)。經(jīng)變換:InA=In［E0fSfr(ER)－1］=∫Lβdl(2)對于式(2)中的投影函數(shù)A進行圖像重建可求出目標函數(shù)β。具體算法即把圖像劃分成M個互不重疊的像元，以各像元內(nèi)的重建結果組成數(shù)字圖像:∑DijXj=Yi式中:Dij為第i條射線在第j個像元中的長度;Yi為第i條射線迭代計算值與實測值之差;Xj為要求的第j個像元中的衰減系數(shù)β。上述方程實際上是求解一個大型稀疏矩陣議程組。具體算法有:反投影法(BPT)、代數(shù)重建法(ART)、聯(lián)立迭代重建法(SIRT)和正交變換投影法(LSQR)等等。本次反演方法為聯(lián)立迭代重建法。3)層析成像成圖。最終層析成果采用GoldenSurfer繪圖軟件，顯示每對跨孔聲波層析成像圖。層析結果采用統(tǒng)一格式成圖，在二維斷面上，發(fā)射孔孔口位于區(qū)域左側坐標原點，以孔口高程取代Z軸0點。水平方向X軸向右表示為跨孔水平距離。將層析反演輸出數(shù)據(jù)輸入至成圖軟件，形成二維區(qū)域網(wǎng)格化文件。然后再將網(wǎng)格文件送入成圖程序，獲得層析成像圖。
3工程地質(zhì)物理勘探技術應用成果
評析經(jīng)上述數(shù)據(jù)處理，結合鉆探、地質(zhì)調(diào)繪成果得出本次物探解釋成果，現(xiàn)將本次物探勘察成果分述如下:
1)ZK1－ZK2剖面:本剖面見4處電磁波高吸率異常，其電磁波吸收系數(shù)均大于0.4dB/m，說明電磁波在穿透過程中急劇衰減，結合鉆探分析，推斷4處0.4～0.6dB/m的異常區(qū)域為節(jié)理裂隙發(fā)育帶，帶內(nèi)巖體完整性較差;推斷2處大于0.6dB/m的異常區(qū)域為溶蝕裂隙發(fā)育帶，帶內(nèi)巖體破碎，完整性差，局部形成小規(guī)模巖溶。由于異常主要集中在孔深25m以上，對隧道施工及安全運行影響較小。吸收系數(shù)小于0.3dB/m的區(qū)域巖體完整性較好。
2)ZK2－ZK3剖面:本剖面見3處電磁波高吸率異常，其電磁波吸收系數(shù)均大于0.4dB/m，說明電磁波在穿透過程中急劇衰減，結合鉆探分析，推斷2處0.4～0.6dB/m的異常區(qū)域為節(jié)理裂隙發(fā)育帶，帶內(nèi)巖體完整性較差;推斷2處大于0.6dB/m的異常區(qū)域為溶蝕裂隙發(fā)育帶，帶內(nèi)巖體破碎，完整性差，局部形成小規(guī)模巖溶。由于下部兩異常在新改線隧道附近，對隧道施工及安全運行有一定影響，因此需采取相應的工程措施處理異常洞段。吸收系數(shù)小于0.3dB/m的區(qū)域巖體完整性較好。
3)ZK4－ZK3剖面:本剖面見2處電磁波高吸率異常，其電磁波吸收系數(shù)均大于0.4dB/m，說明電磁波在穿透過程中急劇衰減，結合鉆探分析，推斷2處0.4～0.6dB/m的異常區(qū)域為節(jié)理裂隙發(fā)育帶，帶內(nèi)巖體完整性較差;推斷2處大于0.6dB/m的異常區(qū)域為溶蝕裂隙發(fā)育帶，帶內(nèi)巖體破碎，完整性差，局部形成小規(guī)模巖溶。由于下部異常在新改線隧道附近，對隧道施工及安全運行有一定影響，因此需采取相應的工程措施處理異常洞段。吸收系數(shù)小于0.3dB/m的區(qū)域巖體完整性較好。
4)ZK4－ZK5剖面:本剖面見4處電磁波高吸率異常，其電磁波吸收系數(shù)均大于0.4dB/m，說明電磁波在穿透過程中急劇衰減，結合鉆探分析，推斷4處0.4～0.6dB/m的異常區(qū)域為節(jié)理裂隙發(fā)育帶，帶內(nèi)巖體完整性較差;本剖面未見大規(guī)模巖溶破碎帶發(fā)育。由于下部異常在新改線隧道附近，對隧道施工及安全運行有一定影響，因此需采取相應的工程措施處理異常洞段。吸收系數(shù)小于0.3dB/m的區(qū)域巖體完整性較好。
5)ZK5－ZK6剖面:本剖面見3處電磁波高吸率異常，其電磁波吸收系數(shù)均大于0.4dB/m，說明電磁波在穿透過程中急劇衰減，結合鉆探分析，推斷3處0.4～0.6dB/m的異常區(qū)域為節(jié)理裂隙發(fā)育帶，帶內(nèi)巖體完整性較差;本剖面未見大規(guī)模巖溶破碎帶發(fā)育。由于下部異常在新改線隧道附近，對隧道施工及安全運行有一定影響，因此需采取相應的工程措施處理異常洞段。吸收系數(shù)小于0.3dB/m的區(qū)域巖體完整性較好。
4結語
綜上所述，工程地球物理勘探是當前工程建設行業(yè)的研究探討的熱點內(nèi)容之一，工程地球物理勘探質(zhì)量對于工程整體的安全性和耐久性有著明顯的影響，同時也是保證建筑主體工程施工進行的前提條件，應通過合理設計、規(guī)范勘探和嚴密監(jiān)測等手段提高勘探建設水平，確保工程建設的質(zhì)量，提高整體的穩(wěn)固性，建設出人們滿意的工程項目，促進施工行業(yè)的蓬勃發(fā)展。
作者：江聲波單位：貴州省水利水電勘測設計研究院
