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地震映像勘探方法在探查大坝坝体均一性及密实度等情况的应用

发表时间：2020/12/29 来源：《基层建设》2020年第24期作者：洪婷

[导读] 摘要：地震映像勘探技术是地震勘探方法之一，通过波速测试可获得岩土体的弹性波速，为工程设计提供所需的动弹性力学参数、划分建筑物场地类别、评价地震效应、进行场地地震反应分析和地震破坏潜势分析等。

        陕西省水利电力勘测设计研究院勘察分院陕西咸阳 712000
        摘要：地震映像勘探技术是地震勘探方法之一，通过波速测试可获得岩土体的弹性波速，为工程设计提供所需的动弹性力学参数、划分建筑物场地类别、评价地震效应、进行场地地震反应分析和地震破坏潜势分析等。文中简述了地震映像勘探方法的工作原理、现场施测技术以及数据处理和资料分析过程。以工程实例说明了地震映像勘探方法在探查大坝坝体均一性及密实度等情况应用和及其效果。最后就勘探工作的总体安排及其建议选择进行了探讨。
        关键词：地震映像；相对密实度
        1 引言
        地震映像勘探方法是地震勘探方法之一，也是地球物理勘探技术的一个重要分支，目前已广泛应用于水利水电工程、石油工程、铁路工程、冶金工程、工业与民用建筑等众多岩土工程地质勘察领域，取得了良好的应用效果。
        本文介绍了波速测试技术的工作原理和野外测试方法，并结合工程实例，说明其应用效果。不妥之处，敬请批评指正。
        2工程概况
        2.1工程基本情况
        该大坝工程自2015年运行至今，现状存在坝体左、右两侧渗漏较严重。主体工程主体由重力坝、排砂泄水管、泄洪表孔及消力池构成。大坝坝高26m，顶宽5m，底宽18m。本次采用Miniseis24型地震仪，对坝体进行地震映像勘探，了解坝体岩体均一性及相对密实度情况等。
        2.2执行的主要技术规程：
        （1）国家行业标准《水利水电工程物探规程》（SL326-2005）。
        （2）《浅层地震勘查技术规范》（DZ/T 0170-1997）；
        （3）《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）；
        （4）《物化探工程测量规范》（DZ/T 0153-1995）。
        2.3地质简况及地球物理特征
        工程区属秦岭南坡中低山区，区内沟壑纵横，山势陡峻，海拔高程一般580～1300m，地势总体西北高，东南低。处于礼泉—柞水华力西褶皱系（Ⅱ3）中部偏南，南秦岭印支褶皱以北。
        工程区主要地层岩性为中生代花岗闪长岩，局部夹有石英闪长岩（γδ13），上覆新生界第四系（Q）松散堆积物。坝体为浆砌石。完整的坝体为稳定高速体，产生疏松区后坝体会呈现出低速异常区，在地震时间剖面上表现为团状波组异常，据此可判断疏松区的规模。
        综合分析认为，场地物探条件较好，基本具备施工条件。坝体与坝基的纵波速度及其在波的频率上呈现明显差异，其表明不同岩性岩体的物性特征差异较为明显，检波器与测试面耦合紧密，满足浅层地震勘探要求。
        3地震映像的工作原理
        地震映像（又称高密度地震勘探或单点地震反射勘探），是基于反射波中的最佳偏移距技术发展起来的一种常用浅地层勘探方法（图1）。它可利用的波主要包括：反射波、绕射波。
        地震映像法时间剖面是记录的激发点与接收点之间反射波、绕射波等的波形图，采集过程中又采用相等的移动距离。因此，在数据处理中不需要进行动校正处理，避免了动校正对反射波的拉伸畸变，从而损失高频成分的影响，使反射波的动力学特征得到完整体现，且分辨率不受影响，因而可以利用地震波的多种信息进行资料分析解释。
        地震映像法探测坝体完整性是利用反射波和绕射波。完整的坝体是一个均匀的速度体，出现疏松区或者空洞后，会表现出局部的低速异常。

        图1 地震映像原理图
        地震波的传播时间为：
        T2=（4Z2+L2）/V12                    （1）
        因此，可从地震映像异常波形图中取得空洞的反射波或绕射波时间，采用下式计算空洞的埋深：
        Z=［（T2 V12- L2）/4］1/2           （2）
        式中，Z为空洞埋深（m）；T为空洞顶部的反射或绕射时间（s）；V1为空洞顶部以上岩层地震波平均波速（m/s）；L为采集偏移距离（m）。
        4野外的工作方法
        根据勘探目的在坝顶共设计地震映像测线1条，设计剖面总长度46m（见图2）。采用1道40HZ检波器接收，道间距1.0m，锤击激发，激发间距1.0m，激发点和接收点在剖面线上同步同向移动，偏移距5m。采样率0.5ms，采样点数为1024点，全通档滤波。

        图2    Y1-Y1’地震映像剖面图布置示意图
        5 资料的处理解释与成果分析
        5.1资料整理
        对野外采集的原始资料进行整理、核对并编录。采用Miniseis24型地震仪相应处理软件对原始记录结合实际地质情况进行解释处理。
        对地震映象采集的记录进行编辑—滤波等处理后分析解释，根据波的频率、振幅、同相轴连续性等特性，对坝体岩体均一性、相对密实度进行分析判断，且划分对应区域等（见图3）。

        图3         Y1-Y1’地震映像时间剖面图
        5.2成果分析
        因坝顶结构的局限性，坝面只有溢流槽凹槽处有进行地震映像勘探的条件，勘探成果见地震映像时间剖面图（图3），红线为坝体轮廓线，坝体中下部及坝体右下与坝基接触带部位（1区）波的频率相对较低，同向轴连续性差，说明该部位岩体密实度相对较差，有渗漏的可能性；在左岸中部（2区），坝体与坝基结合部位波的频率稍有偏低，说明该部位密实度稍差，亦有渗漏的可能性，但相对1区，渗漏量相对较小；坝体其它部位波的频率相对较高，同向轴连续性较好，说明岩体密实度较好。
        6 结语
        1）由于地震勘探探测精度有限，无法准确的测定坝体疏松区的埋深，要获取更精确信息，建议补充其他方法，综合勘探。
        2）施工区域在水库边，河水流动噪音较大，对地震勘探的效果有一定影响。
        3）由于物探成果的多解性，建议对物探所解释的结果，进行必要的钻探标定工作。
        参考文献：
        [1]高密度地震映象在南干渠回填垃圾坑中的应用研究[J].林万顺.地球物理学进展.2013（05）
        [2]地质雷达在大面积复杂岩溶场地勘察中的应用研究[J].谢春庆，王伟.工程勘察.2013（05）
        作者简介：
        洪婷（1987-），女，工程师，学士。现在陕西省水利电力勘测设计研究院勘察分院从事水利水电地球物理勘探工作。联系方式：15877406450.E-mail：470485057@qq.com