綜合物探方法在常德沅江過江隧道工程勘察中的應(yīng)用

胡程亮

（湖南省勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司，長(zhǎng)沙 410014）

1 引言

地球物理勘探方法的物理前提是利用地下介質(zhì)間的物性差異，通過儀器接收人工激發(fā)或天然的地球物理場(chǎng)電阻率、波速、密度等在空間或時(shí)間上的響應(yīng)，達(dá)到探測(cè)地下介質(zhì)分布特征的目的。工程物探則是利用探測(cè)的地下介質(zhì)的電阻率、波速、密度等分布特征，查明和推測(cè)探測(cè)目標(biāo)區(qū)工程地質(zhì)性質(zhì)，進(jìn)而為工程地質(zhì)問題的解決提供地質(zhì)依據(jù)。

2 研究區(qū)概況

擬建常德市沅江過江隧道工程位于常德市城區(qū)沅水一橋和三橋之間，距上游在建的三橋約2.3 km，距下游一橋約2.1 km。連通江北城區(qū)皂果路和江南鼎城區(qū)陽明路，隧道全長(zhǎng)2.2 km，其中，越江段約1 km，越江段埋深最深達(dá)河床以下約23 m。隧址區(qū)兩岸地面高程一般為30.0～34.0 m，沅江大堤高程為42.5 m，河床高程為14.0～26.0 m。隧址區(qū)多由第四系沖積的松散粉細(xì)砂、中粗砂層、稍密～密實(shí)粉細(xì)砂、中粗砂層、圓礫土、卵石土等組成，厚度大于60.0 m；下伏基巖為第三系泥質(zhì)粉砂巖。

3 物探方法選擇及實(shí)施

地層中各層巖土、巖石的物性參數(shù)差異是本測(cè)區(qū)開展物探工作的地球物理?xiàng)l件，水、覆蓋層中的松散土類、砂、卵石層與泥質(zhì)粉砂巖等，它們之間存在電阻率、波速及密度的差異，也存在明顯的波阻抗（波速與密度的乘積）差異，通常較完整的基巖頂面為良好的地震波反射界面，同時(shí)第四系覆蓋層內(nèi)各巖性組之間、覆蓋層與基巖之間也存在一定的電阻率差異，電測(cè)深曲線上形成曲線類型的變化。根據(jù)測(cè)區(qū)地層的物性參數(shù)特征、地形條件以及測(cè)區(qū)試驗(yàn)效果情況，該項(xiàng)目確定采用電測(cè)深法、地震反射波法和高精度磁法相結(jié)合的綜合物探方法進(jìn)行勘探。

根據(jù)常德市沅江過江隧道物探施工方案設(shè)計(jì)，沿隧道過江段左線、右線共布置三極電測(cè)深測(cè)線2條（左測(cè)線、右測(cè)線），在右線陸地段布置地震反射測(cè)線共3段，沿隧道過江段左線、右線共布置磁法測(cè)線2條（左測(cè)線、右測(cè)線）。

物探工作自2013年12月28日進(jìn)場(chǎng)，開始水上電法的外業(yè)采集工作，2014年1月8日開展陸地地震反射參數(shù)試驗(yàn)和數(shù)據(jù)觀測(cè)工作，1月9日開始12次覆蓋反射的野外數(shù)據(jù)采集工作，1月15日完成水上電測(cè)深觀測(cè)和陸地地震反射的數(shù)據(jù)采集等外業(yè)工作。完成工作量見表2。

表2 物探完成工作量統(tǒng)計(jì)表

4 物探成果分析

4.1 電測(cè)深成果分析

電測(cè)深數(shù)據(jù)處理使用電測(cè)深解釋軟件進(jìn)行，處理流程按兩種執(zhí)行：（1）數(shù)據(jù)輸入→數(shù)據(jù)自動(dòng)檢查→自動(dòng)或手工圓滑數(shù)據(jù)→濾波→數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換（DCS2USF）→電阻率等值線成圖→解釋剖面；（2）數(shù)據(jù)輸入→電測(cè)深反演程序→依據(jù)模型進(jìn)行單支曲線一維反演→剖面輸出→解釋。

以左側(cè)線為例，電測(cè)深等視電阻率斷面圖如圖1所示，一維反演曲線類型圖如圖2所示。從電性上來說，地層整體表現(xiàn)為5層電性結(jié)構(gòu)，結(jié)合鉆探揭示的地層結(jié)構(gòu)分析：表層電阻率20～80Ω·m，推斷為黏土、砂、填土等；第二層電阻率180～350Ω·m，推斷為圓礫；第三層100～200Ω·m，推斷為粉質(zhì)黏土（粉細(xì)砂）；第四層電阻率180～350Ω·m，推斷為圓礫；第五層電阻率20～80Ω·m，推斷為基巖反應(yīng)（電阻率較低，推斷為泥質(zhì)粉砂巖）。

圖1 左測(cè)線電測(cè)深等視電阻率斷面圖

圖2 左測(cè)線電測(cè)深一維反演成果圖

從等視電阻率斷面圖結(jié)合視電阻率曲線分析來看，左測(cè)線覆蓋層厚度大于90 m，沿測(cè)線無明顯的地質(zhì)斷層構(gòu)造異常。

4.2 地震反射成果分析

淺層反射地震勘探數(shù)據(jù)處理是一項(xiàng)重要工作。在原始記錄數(shù)據(jù)可靠的前提下，能否獲得用于地質(zhì)推斷的高質(zhì)量時(shí)間剖面，關(guān)鍵在于所用處理軟件的質(zhì)量和處理時(shí)所用的各種參數(shù)。本次陸地地震數(shù)據(jù)采用VISTA10.0地震數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行，處理流程分為5部分：輸入部分、預(yù)處理部分、實(shí)質(zhì)性處理部分、修飾性處理部分和輸出部分。

以地震反射ZF3測(cè)線為例，表層的、粉細(xì)砂以及砂巖間存在明顯的波阻抗差異，形成了比較好的反射界面，其中，粉質(zhì)黏土及粉細(xì)砂與下伏圓礫間反射界面時(shí)間主要在20～35 ms，在整個(gè)測(cè)區(qū)內(nèi)可連續(xù)追蹤，粉質(zhì)黏土層厚度在10～17 m；圓礫與下伏粉細(xì)砂層反射界面時(shí)間在90～110 ms，在整個(gè)測(cè)區(qū)內(nèi)可連續(xù)追蹤，圓礫層厚在10～24 m；粉細(xì)砂與下伏圓礫層反射界面時(shí)間在125～160 ms，在整個(gè)測(cè)區(qū)內(nèi)可連續(xù)追蹤，粉細(xì)砂層厚在10～20 m；圓礫與下伏砂巖（基巖）反射界面時(shí)間在190～235 ms，在整個(gè)測(cè)區(qū)內(nèi)基本可連續(xù)追蹤，圓礫層厚在18～36 m；泥質(zhì)粉砂巖埋深大于90 m，反射波組同相軸較亂，推斷基巖風(fēng)化影響，無明顯的斷層構(gòu)造異常反應(yīng)。

4.3 磁法成果分析

以左測(cè)線為例，ZK0+800～ZK1+140段未發(fā)現(xiàn)水下有障礙物（如沉船、混凝土和鋼鐵構(gòu)件等）。ZK1+140～ZK1+210段磁異常較大，此處有2條鐵船在打鉆，推斷為受鐵船影響的假異常。ZK1+210～ZK1+290未發(fā)現(xiàn)水下有障礙物（如沉船、混凝土和鋼鐵構(gòu)件等）。ZK1+290～ZK1+380段ZK1+300和ZK1+370兩處磁異常較大，推斷水下有障礙物（如沉船、混凝土和鋼鐵構(gòu)件等）。ZK1+380～ZK1+525段未發(fā)現(xiàn)水下有障礙物（如沉船、混凝土和鋼鐵構(gòu)件等）。ZK1+525～ZK1+600段磁異常較大，此處停放有一條輪渡鐵船，推斷為受鐵船影響的假異常。

5 物探成果驗(yàn)證

本工程于2014年3月～5月實(shí)施了巖土工程詳細(xì)勘察工作，完成101個(gè)鉆孔進(jìn)尺4897.40 m，根據(jù)鉆探成果，驗(yàn)證物探主要成果如下：

1）物探推測(cè)：下伏泥質(zhì)粉砂巖埋深大于90 m，勘察Jz-Ⅲ14-沅隧32-1鉆孔91.6 m揭露基巖，且上覆地層揭露厚度與物探基本一致，隧址區(qū)無明顯的斷層構(gòu)造。

2）左線ZK1+290～ZK1+380段ZK1+300和ZK1+370兩處、右線YK1+290～YK1+380段YK1+300和YK1+370兩處磁異常較大，推斷水下有障礙物（如沉船、混凝土和鋼鐵構(gòu)件等），勘察在鉆孔Jz-Ⅲ14-沅隧48處遇到沉錨，沉錨埋深標(biāo)高13.0 m，與物探成果相符。

6 結(jié)語

工程物探方法作為巖土工程勘察方法之一，在查明覆蓋層、不良地質(zhì)作用、構(gòu)造斷裂時(shí)，可以解決地質(zhì)鉆探工作量大、投資大且周期長(zhǎng)的弊端，彌補(bǔ)只能對(duì)單一點(diǎn)進(jìn)行勘察、孔孔之間地層無法做到無縫對(duì)接、鉆探結(jié)果以點(diǎn)帶面等缺陷。

但是，由于物探成果具有一定的多解性，必須與常規(guī)的巖土工程勘察手段相結(jié)合，用物探指導(dǎo)鉆探，提高鉆探的目的性、針對(duì)性，用鉆探驗(yàn)證物探，提高物探的解釋精度，從而取得滿意的勘察效果。