某水利水電大壩地震折射探測(cè)結(jié)果分析

， ，鎖住

(華北有色工程勘察院有限公司，河北 石家莊 050021)

1 工程概況

某水力發(fā)電工程項(xiàng)目，位于蘇丹國(guó)境內(nèi)，擬建在尼羅河第五瀑布處，并將成為尼羅河下游白尼羅河和青尼羅河交匯處喀土穆水力發(fā)電建設(shè)的重要組成部分。

水力發(fā)電工程設(shè)計(jì)壩體長(zhǎng)371 m、高39 m，由13個(gè)低電平的水閘分隔間組成，水閘分割間共裝有26個(gè)弧形閘門用于泄洪，4個(gè)分割間配有固定的壩檻線排水口， 4個(gè)弧形閘門。及一個(gè)70 m長(zhǎng)的消能池。

為了取得在尼羅河左右岸采石場(chǎng)及尼羅河的新舊壩軸線入口和出口之間具體結(jié)構(gòu)的地下信息，采用了高分辨率的折射和反射技術(shù)以及俯沖波斷層攝影技術(shù)進(jìn)行了地球物理勘探。

通過(guò)探測(cè)試驗(yàn)，利用地震剖面圖來(lái)確定巖層的分界線，包括確定堆填物、風(fēng)化層、完整巖石之間的界線以及隨深度變化的巖層變化情況。從而針對(duì)性地為地基設(shè)計(jì)提供有價(jià)值的資料并對(duì)采石場(chǎng)的選擇和評(píng)估提供參考。

2 地震折射探測(cè)設(shè)備及試驗(yàn)基本要求

探測(cè)中采用符合規(guī)格的頻率為10 Hz的地震波檢波器作P波接收器。每個(gè)檢測(cè)區(qū)域內(nèi)應(yīng)安裝60個(gè)地震波檢波器(每條路線一個(gè)檢波器)。地震波檢波器安裝于地表特定位置處。

地震儀由檢波器組、放大器和記錄器三部分組成。其中各檢波器組共含有60個(gè)檢波器，放大器為24 比特 AD轉(zhuǎn)換器，記錄器按一定時(shí)間間隔(0.05～2微妙)進(jìn)行離散采樣，記錄器配有濾波器和50 Hz(或與之類似的其它型號(hào))鑒別設(shè)備。

實(shí)驗(yàn)前預(yù)先清掃和調(diào)查探測(cè)區(qū)域，以便于探測(cè)線上檢波器和發(fā)射器的安裝。發(fā)射點(diǎn)位置的精準(zhǔn)度應(yīng)控制在水平+/-0.10 m和垂直+/-0.10 m 以內(nèi)。其中主要檢測(cè)線上應(yīng)設(shè)置24個(gè)檢波器，檢波器之間的距離為2 m。試驗(yàn)后檢波器之間的距離可增大或減小。各檢波器組由電纜同記錄器相連接。

發(fā)射器的間距應(yīng)控制在2～4 m。能量源可利用炸藥包在炮井中爆炸來(lái)激發(fā)地震波，也可采用其他工具重錘來(lái)激發(fā)剪切波。若不采用炸藥作為能量來(lái)源，則所選擇的方法必須能提供不至于影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的足夠的能源。

3 地震折射探測(cè)結(jié)果

3.1 壩址右岸(發(fā)電站和泄洪道)探測(cè)分析

通過(guò)探測(cè)，在東北偏東---西南偏西走向的縱地震折射剖面RS2和RS11(舊壩軸)以及附加的地震剖面RS12(新壩軸)顯示出了右岸新舊發(fā)電站和泄洪道所在區(qū)域的地下情況。

特別是舊壩軸的剖面圖，可以非常清楚地看出：40°～60°向西下沉的地理巖層和向東北偏北方向突出的地理巖層度顯示出平行地層在一定程度上定向深處發(fā)展，到達(dá)了熱液地變異基巖的漏失層。測(cè)試深度從35 m一直延續(xù)到60 m，這段地層根據(jù)鉆探證實(shí)遍布著由于水熱作用的氣體和流體移動(dòng)后形成的完全變異的片麻巖。

圖1 地震剖面RS-2由俯沖波斷層攝影技術(shù)衍生而來(lái)的流速場(chǎng)

由圖1可看出，地震剖面RS-2(平行于舊壩軸，但位于其北邊)顯示向西下沉的軟質(zhì)巖石區(qū)(用紅色標(biāo)了出來(lái))下降到了290年平均海平面。

圖2 地震剖面RS-11由俯沖波斷層攝影技術(shù)衍生而來(lái)的流速場(chǎng)

由圖2可看出，地震剖面RS-11(舊壩軸)顯示向西下沉的軟質(zhì)巖石區(qū)(紅色)下降到了310年平均海平面。

圖3 地震剖面RS-12由俯沖波斷層攝影技術(shù)衍生而來(lái)的流速場(chǎng)

由圖3可看出，地震剖面RS-12(新壩軸)顯示向西下沉的軟質(zhì)巖石區(qū)(紅色)下降到了310年平均海平面，但程度不深。向東下沉區(qū)域位于或靠近尼羅河。

圖1 和圖2 揭示了由完全風(fēng)化和經(jīng)過(guò)水熱條件的變異巖層的漏失層，這些漏失層從土壤和基巖的接觸面一直延伸到270 a平均海平面，也就是地下60 m。

由于位于壩軸的剖面地質(zhì)情況不理想，而且鉆孔結(jié)果也證明了這點(diǎn)，大壩地址向南移了約200 m。

通過(guò)探測(cè)分析，新壩軸的地下地質(zhì)情況較好，因?yàn)橥耆涃|(zhì)巖石區(qū)表現(xiàn)出更小的下沉趨向。在這些軟質(zhì)巖層下面就是硬質(zhì)巖層了(紫色到黑色區(qū)域)(見圖3)。

3.2 尼羅河區(qū)域探測(cè)分析

作為新主壩軸上折射震測(cè)線的一部分，對(duì)近河地區(qū)的地質(zhì)情況進(jìn)行了調(diào)查。從圖4中可以辨別出左岸靠近尼羅河的區(qū)域是由地壘組成的(布氏硬度288和布氏硬度290)。

圖4 地震剖面RS-13由俯沖波斷層攝影技術(shù)衍生而來(lái)的流速場(chǎng)

由圖4可看出，地震剖面RS-13顯示出一塊被抬高的健巖區(qū)，硬度在布氏硬度289到布氏硬度291之間。

3.3 壩址左岸探測(cè)分析

左岸用位于舊壩軸中心線的地震折射剖面線RS10進(jìn)行了分析。由于其非?？拷聣屋S，它為大壩基礎(chǔ)填石提供了所有必需的信息。

圖5 地震剖面 RS-10由俯沖波斷層攝影技術(shù)衍生而來(lái)的流速場(chǎng)

通過(guò)圖5可以看出，位于舊壩軸的地震剖面RS-10揭示了在一層薄薄的土壤和風(fēng)化的片麻巖下面是硬質(zhì)巖石。巖床是由一層薄薄的土壤和風(fēng)化的片麻巖組成的覆蓋和在其下面的硬度由硬到非常硬的巖層組成。一些由斷層和/或熱液地變異巖石的淺的區(qū)域不會(huì)對(duì)大壩基礎(chǔ)填石造成任何的特殊問(wèn)題。

3.4 采石區(qū) R-1探測(cè)分析

在壩址沿河逆流向上500 m的右岸 - 采石區(qū) R-1里，我們對(duì)總共3個(gè)地震剖面，RS20 到RS22, 進(jìn)行了分析，見圖6。

圖6 位于采石區(qū)R-1的地震剖面的草圖

基于速度譜，所有三個(gè)剖面都顯示出了顯著的高速縱波，這就意味著在一層薄薄的風(fēng)化巖石和零星的薄土壤覆蓋之下是理想的巖石條件。這兩種覆蓋的最大厚度可能達(dá)7～9 m。

3.5 采石區(qū)R-4探測(cè)分析

在壩址沿河逆流向上500 m的左岸 - 采石區(qū) R-4里，我們對(duì)總共3個(gè)地震剖面線進(jìn)行了分析。這些線有900 m長(zhǎng)，西南-東北走向的剖面RS-30垂直于剖面RS-31和RS-32(見圖7)。

圖7 位于采石區(qū)R-4的地震剖面的草圖

通過(guò)地震探測(cè)結(jié)果分析，在勘探區(qū)一條約200 m寬的山脊(在與RS-32交叉的地方)看上去有一層不到5m的薄薄的土壤和剝蝕的巖石組成的覆蓋層(縱波速度<2 500 m/s)。沿著剖面RS-32，一個(gè)獨(dú)特的不到5 m的薄薄的土壤覆蓋朝西北偏北方向延伸了200多米。

這個(gè)經(jīng)過(guò)鑒定的區(qū)域在風(fēng)化層下面覆蓋著大量堅(jiān)硬的巖石。在這個(gè)采石場(chǎng)的一些區(qū)域，斷層會(huì)導(dǎo)致很多的勾縫，應(yīng)引起足夠的重視。

3.6 采料區(qū) SC-2探測(cè)分析

在壩址下游左岸的采料區(qū)SC-2，對(duì)地震折射剖面RS-40-1，RS-40-2和RS-41進(jìn)行了調(diào)查。主要是西北偏北-東南偏南走向的剖面揭示了一片達(dá)10 m厚的土壤，土壤下面是10m厚的慢縱波速度區(qū)域(風(fēng)化層)。而在此之下是縱波速度>2 500 m/s的區(qū)域，即硬巖層區(qū)。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)地震底土剖面的全面評(píng)估，得到了被調(diào)查區(qū)域巖石表層的三維圖。這里巖石的形態(tài)特征是基于對(duì)應(yīng)2 500 m/s縱波速度的大量基巖，這些基巖是堅(jiān)硬完整的，這為后期工程設(shè)計(jì)提供重要的依據(jù)。圖8展示的是從西南方向看下去一塊有著波狀的地勢(shì)起伏和一些凹陷或高地的無(wú)覆蓋的巖層表面。

圖8 縱波速度>2 500 m/s的巖層表面的三維圖參考文獻(xiàn)

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