工程物探在岩土工程的应用

工程物探在广西石化 1000 万吨 /年炼油工程勘察中的应用 钱 明1,2梁延广2（青岛 266071） 内容提要 ：工程物探是工程勘察中的重要手段。针对具体的勘察目的，选择合理的物探方法可以有效地解决岩土工程勘察中复杂的技术难题。本文介绍了利用浅层地震反射波法和高密度电法在中石油广西石化 1000 万吨 /年炼油工程项目的岩土工程勘察中进行断裂勘察，辅以地质钻探，探明了 炼化装置的基础设计提供了可靠的依据。 主题词 ： 工程物探；高密度电法；浅层地震反射波法；断层； 0 引言 中石油广西石化 1000万吨 /年炼油项目是国家大炼油计划西南地区的重点工程， 厂址位于广西壮族自治区钦州市 钦州港经济技术开发区内， 项目总占地面积 顷。工程场地在初步勘察 过程中，发现光坡－东场断裂（以下简称断裂 过场地，在工程场地的东北侧和西南侧出露有断层露头， 对工程建设具有潜在的危害。 详勘阶段由于山丘被爆破削平、沟塘被回填， 所以施工现场基本看不出原始地貌。 为查明光坡－东场断裂通过场地的具体位置及展布宽度， 避免重要设施基础座落于断裂带上， 利用工程物探技术进行调查，可以节省时间、节约费用、避免盲目投入地质钻探工作量。 在断裂 层地震反射波法，查明了 状，经过地质钻 探验证，其精确度较高。 1 光坡－东场断裂概况 该断裂西南始于企沙半岛，经光坡南 至东场，全长约 50 公里，总体走向 50。以钦州湾为界，其东段倾向北西，倾角 450－800，表现为北盘南冲的逆断层。西段倾向南东，倾角 350左右，表现为正断层。断 裂切割了志留系和侏罗系，破碎带宽 几米至 50 米，带内岩石挤压破碎，角砾岩化、褐铁矿化、硅化和挤 压透镜体等现象发育。 穿过工程场地的断层属于 它发育在下志留统的砂泥岩中，走向与志留系组成的褶皱轴面走向一致， 同时与地层走向一致， 总体走向向 留系下段的底部为灰 黑色薄层至中层砂岩夹泥岩，已硅化， 为强硬岩层； 志留系下段上部为中厚层泥岩和砂岩， 相对为弱岩层，在强硬岩层和弱岩层接触处，是构造的有利部位，容易产生滑脱，形成断层。 2 工程物探方法 层地震反射波法 法原理 浅层地震勘探是利用人工激发地震波 在岩土介质中的传播规律，探测浅部地质构造、 进行物性分层、 寻找构造带的一种较成熟的地球物理勘探方法。地震反射波法是国内外公认 的具有较高精度的一种物探方法。 根据波动理论，当人工激发产生的地 震波在向地下介质中传播时，由于不同的岩土层具有不同的波阻抗差异， 当地震波经过不同的波阻抗差异界面时， 产生反射和折射现象。 通过对采集的反射波传播时间和特征进行数据处理， 便可获取岩土层及构造断裂带的反射信息， 从而解决相应的工程地质问题。 作方法 根据野外地质调查结果，从 厂区边缘痕迹可以追踪 震测线的布设尽量垂直断层走向。 因此地震勘探布置了通过构造带的地震测线3 条（测线 ，每条长 600m。 经过干扰波调查， 激发条件和接收条件的试验 ，采用浅层地震反射波法，单边激发多次覆盖观测 系统，爆炸震源，药量 400－ 800 克。采用道距 5m，采样间隔 录长度 1s,野外实测地震记录有效地震反射 信号同相轴清晰，能量强，震源 能量适中，记录优良率达到 95％。 密度电法 法原理 高密度电法的物理前提是地下介质间的导电性差异。 它是一种阵列勘探方法，通过不同的电极装置，研究 水平及垂直方向地质体的电性差异，是探测浅部地质构造、 进行物性分层、 寻找构造带的一种较成熟的地球物理勘探方法。 工作中采用了灵敏度较高的温纳(置， 在测量方法上采取了一些有效的设计， 数据采集系统有较高的精度和抗干扰能力， 可获得丰富的地电信息。该方法既能提供地质体 某一深度沿水平方向岩性的变化情况，又能反应在铅直方向岩性变化情 况，因此该方法通过提高采样密度，多次采样， 比传统方法提供了更多 地下岩土的电性参数， 通过最小二乘法或有限元法反演，得到地下岩土的电性分布图。 外方法技术 (1)测线布设 测线布置方向与断裂 布设 4 条，每条长 440m，测线方向为 线编号为 2、4。 （2）野外数据采集 a)测量基本参数 最重要的两个设计参数是道间距（即电极间距）和隔离系数。本次探测中使用的道间距为 5m，最大隔离系数为 16。 b)质量控制 阵列电极中每点的接地电阻均不大于 位的测量精度不得低于 依次标准选取野外工作 时每个测量值的叠加次数和采样率；严格控制外界干扰的异常超限点数不得超过测量总数的 3 资料处理 层地震资料处理 地震资料处理软件选用《处理系统。考虑到部分地 震记录的干扰信号较强， 为此单独对每一个记录都 做了较为仔细的滤波及干扰切除工作， 最后完成的地震反射波时间剖 面总体上各层波序列连续性好，易于识别解释。 地质解释遵循如下原则： 1）同一连续完整的岩层的地震波形相 似，周期相同，同相轴光滑，连续性强，总体上反应岩层的起伏变化。 2）在构造发育部位，由于地震波受 到散射、绕射作用的影响，波形零乱、畸变，不连续。 1 测线浅层地震资料处理 1）地层特征 根据浅层地震勘察结果（图 综合相关资料，地面以下大致分为两层： 第一层新填砂岩、粉砂岩、泥岩碎块，层厚 10－40m，不均匀，东部较厚，平均 25m；沿测线方向由东向西逐渐变薄，局部不均匀，纵波速度1200－1700m/s。 第二层中风化或微风化的砂岩、 粉砂岩、 泥岩， 顶界面深度 10－40m，场址区域顶深平均约 25m，纵波速度 2100－2450m/s。 2）构造 于 线 57－63 处（图 倾角约 700，且向深处延伸，浅层地震波同 相轴在该段出现扭曲错断、不连续，同时以此为界形成了不同的波 组特征，其西有 3－4 个同相轴且连续性好；其东有 2－3 个同相轴，断续相连；该断裂与地质调查露头 层破碎带宽度约为 15m。 图 偏移时间剖面图 2 测线浅层地震资料处理 1）地层特征 根据浅层地震勘察结果（图 综合相关资料，地面以下大致分为两层： 第一层新填砂岩、粉砂岩、泥岩碎块，层厚 2－30m，不均匀，中部较厚，平均 20m；纵波速度 1200－1600m/s。 第二层中风化或微风化的砂岩、粉砂岩、泥岩，顶界面深度 2－30m，场址区域顶深平均约 15m，纵波速度 2100－2400m/s。 2）构造 于 线 32－40 处（8 0图 倾角约 600，且向深处延伸，浅层地震波同 相轴在该段出现中断扭曲、不连续，同时以此为界形成了不同的波组特 图 偏移时间剖面图 征， 其东有 3－4 个同相轴且连续性好； 其西有 2－3 个同相轴， 断续相连；该断裂与地质调查露头 层破碎带宽度约为 20m。 3 测线浅层地震资料处理 1）地层特征 根据浅层地震勘察结果（图 综合相关资料，地面以下大致分为两层： 第一层新填砂岩、粉砂岩、泥岩碎块，层厚 5－35m，不均匀，东部较厚，平均 25m；沿测线方向由西向东逐渐变薄，局部不均匀，纵波速度1200－1800m/s。 第二层中风化或微风化的砂岩、粉砂岩、泥岩，顶界面深度 5－35m，场址区域顶深平均约 25m，纵波速度 2100－2400m/s。 图 偏移时间剖面图 2）构造 于 线 94－100 处（235 图 倾角约 750，且向深处延伸，浅层地震波同 相轴在该段出现扭曲错断、不连续，同时以此为界形成了不同的波组特 征， 其东有 3－4 个同相轴且连续性好； 其西有 2－3 个同相轴， 断续相连；该断裂与地质调查露头 层破碎带宽度约为 15m。 密度电法资料处理 高密度电法资料处理通过软件《行二维反演，处理流程如图 图 高密度电法处理流程 对电阻率与岩石孔隙度的定量关系，阿尔奇(942)公式已被国内外普遍采用： ρ＝αρ00是孔隙中水的电阻率，W 是岩石孔隙度（相当于岩石饱和状态时水占岩石体积的百分比） ， α和 m 为待定系数。 大量的理论与实验表明，常压条件下电阻率的变化敏锐地反映着介质孔隙度的变化及含水状态的差异，这是对 电阻率层析成像进行解释的物理基础。因此在对高密度电法电阻率层析图像进行地质解译时一般遵循如下原则：同一连续完整的岩石的电性基本相似，测出的电性层位总体上反映岩层的起伏变化； 在构造发育部位， 由于岩石破碎、 第四系松散沉积物充填，含水量大，导电性较好，表现为较低的电阻率特征。 对高密度电法探测资料进行分析处理， 经多次反演计算得到电阻率层析图像（如图 。电阻率层析图像显示 图 线高密度电法电阻率剖面图 图 线高密度电法电阻率剖面图 探测区内地层大致分为两层：第一层 为回填的砂岩、粉砂岩、泥岩碎块，电性表现为高阻，视电阻率值一般在 厚不均匀，在 10－25m；第二层为中风化、微风 化的砂岩、泥岩，视电阻率值一般在5－界面埋深在 10－30m。 在电阻率层析图像上断层错动的界面清晰（如图 ，断裂 一般出现在视电阻率梯度变化较陡的地段。 断层西部视 电阻率值一般小于 部视电阻率值一般大于 碎带宽度 10－25m，视倾角 600－700。 4 地质钻探验证 在浅层地震1080m 处布设 2 条工程地质钻探剖面 ，破碎带两侧各有一个钻孔，破碎带内两个钻孔。 破碎带外钻孔取样显示了正常的地层层序： 由地表而下依次为回填的砂岩、 粉砂岩碎块， 泥盆统的粉砂质泥岩， 志留统的砂质页岩、砂岩；破碎带上的钻孔岩芯揭示出上部 10－20m 为回填的砂岩、粉砂岩、泥岩碎块，下部岩芯为硅化的砂岩、泥 岩碎块，角砾岩化，且有挤压透镜体出现，显示出逆断层的特征。 5 结论 利用浅层地震反射波法和高密度电阻率法、 合理布设工程剖面， 数据采集可靠，处理软件先进，准确地查明了 裂通过场区的具体位置及产状。使原本设计在断裂破碎带 上的聚丙烯装置另移它处，将 通过本次工程实践应用可以 看出工程物探具有功效快、精度高、效益好的特点，可 在工程勘察中发挥重要作用。 参考文献 ： [1] 王振东 浅层地震勘探应用技术 ［M］ 北京 地质出版社 1994 [2] 刘云祯 工程物探综述， 中国建筑学会工程勘察分会第六届学术交流会论文选集 地质出版社 2000 年 [3] 董浩斌 ，王传雷 高密度电法的发展与应用 ［J］003（3）