1、1浅水域跨河流勘察方法浅谈摘要： 浅水域跨河流勘查工作相对陆地和湖海来讲条件复杂的多，一些大型的设备不能使用或使用受限，通过架设钢丝绳的办法，帮助电缆或导线跨过水域，利用导线连接入水能够开展高密度电法、地震折射、地震反射等方法，可以很好的解决工程地质问题，是工程领域开展工作的一项实用方法。 关键词：浅水域地震折射高密度电法 Shallow waters cross the river Prospecting Method Li Guangchao1,2 1. Institute of Geophysics and Geomatics, China University of Geoscienc
2、es, Wuhan, 430074, China 2. Institute of Geophysical Prospecting, Yellow River Engineering Consulting Co. Ltd., Zhengzhou, 450003, China Abstract：Relatively shallow water exploration work in terms of land and lake and sea conditions more complex, through the erection of rope way, guiding cables or w
3、ires across the waters, the use of wires into the water to carry out high-density electrical, seismic refraction, seismic reflection method, you can good solution to geological problems, working 2in the field of engineering a practical approach. Key words：Shallow waters Seismic refraction High-densi
4、ty electrical 中图分类号：P315 文献标识码： A 引言 在工程领域的前期勘查中,经常遇到跨河流的勘查,一些穿越河流的管道、跨河的铁路桥和公路桥等都需要勘查线路上河道的地质情况。浅水域的探测工作相对于陆地存在着一些难度,甚至和湖海中的探测比起来也存在一定的困难，主要是河道部分的水深不好预测，水下的地形复杂，大型的水域作业物探设备不好利用。钻孔勘探是一个手段，但经济和效率是钻孔的一个不能忽视的弊端，物探是一个勘察整个线路的最佳方法选择。水上能够作业的物探方法比较多，目前应用比较多的是地震反射法、地震映像法、地震折射法等,直流电法也有应用,电磁感应类的方法应用较少。本文重点介绍通过
5、布置跨河测线的高密度电法和地震折射法在工作中的实际应用。 1 方法的适用性探讨 1.1 高密度电法 高密度电法是普通直流电法和自动化有机结合的改良技术，以岩土体导电性的差异为基础的物探方法。高密度电法在工作过程中，一般是将电极按照一定的间隔插入相应的地段，一次插入的电极几十到几百根，电极用多芯电缆连接通向测量仪器，仪器通过发送指令给连接各个电极的程控转换开关，实现对测量和接收数据的自动化1。这不仅克服了普3通电阻率法的效率低、手工操作多容易出现人为失误等缺点，还实现了一次布置电极进行多种装置测量，获得丰富的地电断面信息，为资料处理解释提供了充分的依据2。 由于高密度电法是以直流电为信号源,以测
6、试形成的电场的电位电流的物探方法,河流水的电阻和两岸表层之间，水、覆盖层和基岩之间的电阻率存在着明显的差异，满足基本的地球物理条件，完全可以把河流作为具有独特电阻率的陆地开展工作。它本身具有电法所的特点,避免漏电造成的干扰是一个很值得重视的问题,在水域工作就要避免电缆接触水面,在跨河流作业的勘查中,悬挂钢丝绳是一个很好的选择，设定好电极极距，传导接触可以利用导线引伸入水。 RES2DINV 反演软件提供了水下勘测的例子和固定的电阻率的例子，在资料的反演处理中，由于河流部分仅仅作为测试断面的一小部分，认为取得河水的电阻率，利用固定的电阻率的方法是一个不错的选择。具体做法是测试河流断面在测线的水平
7、位置，探测出水的深度和电阻率，在反演数据的后边加上固定区域的数据格式，包括了固定区域的类型(R代表长方形，T 代表三角形)、固定区域的范围、区域的电阻率值和阻尼系数3。阻尼系数的大小决定着在反演过程中程序改变固定区域电阻率的程度，阻尼系数越大，改变量越小，一般情况使用 1.52.5。 1.2 地震折射法 浅层折射波法地震勘探利用人工激发的地震波在地下介质传播。当穿过波速不同的介质的分界面时，波改变原来的传播方向而产生折射。当下层介质的波速大于其上层介质的波速时，在波的入射角等于临界角4的情况下，折射波将会沿着分界面以下层介质中的速度“滑行” 。这种沿着界面传播的“滑行”波也将引起界面上层质点的
8、振动，并以折射波的形式传至地面。通过地震仪测量折射波到达地面观测点的时间和震源距，就可以求出折射界面的埋藏深度4。 “炮检互换法”是利用炮点和检波器的位置互换地震波走时不变的原理来开展工作的。在具有明显波速差异（下伏地层波速高于上覆地层）的地质条件下，从 A 点激发 B 点接收，地震波所经过的路径为 AR1R2B，若从 B 点激发 A 点接收，地震波所经过的路径为 BR2R1A，由于距离完全相等，则两者需要的时间也应相等。这就是炮检互换的基础理论,见图1.2-1。 图 1.2-1 炮检互换原理示意图 当需要得到河流中间的覆盖层和基岩地层的弹性波参数以及覆盖层厚度时，常规地震折射方法需要在河流中
9、间布置检波器，在两岸利用追逐相遇炮获取折射波，以求解所需参数。但在实际工作中，由于河流冲击的影响，不能将检波器横跨河流布置在测线上。炮检互换原理解决了这一问题。可以在两岸布置检波器，而原来需要布置检波器的水面接收点就可以作为激发炮点,如图 1.2-2 所示。 5图 1.2-2 炮检互换水上作业示意图 2 应用实例 2.1 高密度电法应用实例 某水利工程建设大坝，工程主要包括大坝（重力坝、土石坝） 、电站进水口以及 30m 长的引水发电洞，形成调蓄水库和电站进水塔架系统；修建引水发电洞、厂房及尾水渠系统，形成完整的工程。 河水深约 110m，河宽 80100m，左岸山坡比较平缓，右岸相对较陡峭，
10、坝址区河谷两岸植被茂盛，第四系覆盖严重，仅在河谷及右岸有零星基岩出露。坝址区分布地层主要为前寒武系（An1）岩浆岩和第四系（Q4）松散层。前寒武系（An1）岩浆岩：主要为浅灰、深灰色花岗岩，呈致密块状、细粒花岗结构。第四系（Q4）松散层：主要为第四系坡残积物（Q4dl+el）和第四系冲洪积物（Q4al+pl） 。 根据需要基本平行于坝轴线布置 3 条物探测线，分别位于大坝的前后坝脚和坝轴线上，如下图 2.1-1 所示。在此仅提供 1 测线作为实例,其余不一一列举。 图 2.1-1 现场测线布置示意图 陆地部分工作布置和正常的高密度电法布置工作一样，在河流部分架起钢丝绳，通过导引线将高密度电缆引
11、到需要布置的位置，电极通过6胶质线连接入水。如图 2.1-2 所示。现场布置电极距 5m，采集温纳和斯伦贝格两种数据进行对比，经过处理对比，基本上一致。 图 2.1-2 水上现场工作布置照片 图 2.1-3 测试电阻率拟断面图 2.2 地震折射应用实例 以黄河某穿越工程为例，该工程从陕西省佳县县城上游约 10km 处通过黄河。左岸隶属山西省临县，交通较为便利；右岸归陕西省佳县佳芦镇管辖，对外无公路相连，交通困难。该工区地质情况比较简单，两岸边坡不同程度的被古河道的泥沙覆盖，植被比较稀少，左岸为枣林。右岸山坡比较陡峭，部分地方有基岩出露，左岸比较平缓，有多个沙土陡坎组成。 为探测该穿黄工程线路的
12、覆盖层和基岩埋深情况，布置一条勘测线路，该线路经过黄河段大约有 400m，河中间有一河心滩，宽 100 多米，河心滩高程几乎与和水平面一样高，布置图见图 2.2-1。 7图 2.2-1 工作布置图 根据现场的情况，考虑是横跨黄河，将仪器站设在河心滩上，在左右河道架设钢丝绳，用来铺架过河电缆，并悬挂定位炸药包。河心滩部分按照等间距 10m 布置检波器，河岸拉过电缆连接检波器。在河心滩两端及河道中间放炮，得到 3 段相遇时距曲线，见图 2.2-2。 图 2.2-2 河段内布置及时距曲线示意图 图 2.2-3 地震折射地质解释成果图 3 成果的可靠性分析 通过架设钢丝绳的方法开展工作，在工程领域中应
13、用起来比较简单,可能会有一些定位误差,这些误差的来源主要是以下几个方面: （1）纵向定位误差：通过悬挂钢丝绳的方法,比较难将钢丝绳来的完全水平, 由于敷设跨河的承重钢丝绳自身重量、悬挂炸药包或者电极的重力作用会有较大的弧度，在定位炮点或电极点的时候会以弧度距离代替了直线距离，导致在纵向的定位上的误差。在工作中不会一一的测8量每一个悬挂点的坐标,常常是依靠两段的悬挂点来推导其他点的高程和位置,这样会存在一定的误差。 图 3-1 MN 两点悬挂铅丝后的弧形 在图 3-1 中，MN 两地固定后，则弦心角也已经确定，根据 （1） （2） 将式代入式： （3） 在两段固定后,弧度的大小也已经确定,也即是
14、一个固定的,则是一常数,即和成正比。利用测距仪可以轻松获得 MN 之间的距离,利用跨河的铅丝长度就可以知道（可以利用间接方法获得） ，这就解决了跨河位置的定位误差问题,当然若两岸的高程不一致则计算起来相对复杂一些。 （2）横向定位误差: 钢丝绳下悬挂的连接线入水深度不同和水流速的不同,向下游偏移的距离也有所不同。 设定悬挂点距离水面 h、连接炸药包的线长为 l（固定） 、入水深度h、顺水漂移 x，则有： h =lcos hx = lsin （4） F 线 cos = G-F 浮（5） F 线 sin = F 水冲（6） 由（5）式和（6）式可以推出 ctg=( G-F 浮)/ F 水冲（7）
15、9由（4）式可以看出水下设备入水深度与偏移角 、悬挂点高度（悬挂点在测线的位置）有关，水下设备偏移测线的距离与偏移角 有关；从（7）式可以看出偏移角 与水流速、水下设备的体积（浮力）成正比关系，与水下设备的重量成反比关系。 在实际工作中，一般是根据测量人员的工作确定测线位置，然后考虑河水的流速、两岸埋设地锚的阶地和水面的高差，在测线上游方向一定距离选定位置埋设地锚，同时选定入水重量基本均匀，避免测线偏离造成的误差。 入水深度的造成的误差理论上不可以利用上述几个式子计算出来，但可以通过控制炸药包或入水电极的重量和体积、线长来控制大致的深度。通过现场的调节布置和测量工作，由于布置引起的误差几乎可以忽略不计，完全能够满足勘查精度的需求。 4 结论 浅水域河道部分水下地形复杂，一些大型的水域作业物探设备不好利用，通过架设过河钢丝绳的办法，牵引电缆进行相应的作业设计。不仅仅能够开展高密度、地震折射法，地震反射法、电磁类方法也可以开展的，是解决复杂河道地质问题的一个良好选择。 参考文献 1 董浩斌.等 .高密度电法的发展与应用J.地学前沿,2003（01）：171-176 102 李广超.等 高密度电阻法探查地质构造在赤道几内亚的应用B.工程勘察,2010(01):84-88 3 RES2DINV User Manual 4 熊章强，方根显.浅层地震勘探M，地震出版社
