1、 1 1999 年第 3 期 工 程 勘 察 65 高密度地震映像技术在密云水库 安全加固工程中的应用 林万顺 (北京市水利规划设计研究院 北京 100044) 提要 本文结合密云水库安全加固工程实践， 先简要介绍了物探方法选择过程，最后利用地震映象资料，叙述其在该过程不同阶段所发挥的作用和查明潮河库区断层展布的情况，从而为整个工程的设计和施工提供了科学依据。 关键词 高密度地震映象 同相轴 淤泥 抛石 断层 Abstract In association with the reinforcement of Miyun reservoir the function of geophysical
2、 method in different stages are described by using seismic imaging data which provided scientific bases for the design and construction of the whole project Keywords high density seismic imaging same phase axis muck throw stone fault 1 前 言 密云水库建成于 1960 年，现已成为华北第一大水库，控制了潮白 河总流域面积的 88%，免除了下游遭受特大洪水的灾害。
3、为了保证密云水库安全运行，北京市政府和市水利局于 1994 年委托清华大学进行建库以来第一次全面系统的检查，结果发现该库存在很多安全隐患，为了首都及下游地区人民的生命财产安全和社会稳定，决定对存在安全隐患的坝区进行安全加固。为了给密云水库加固工程提供设计依据和施工监测， 1995年至今我院利用北京市水电物探研究所生产的 SWS lA和 SWS一 1G 型多波列数字图象工程勘探与工程检测仪进行了地震多次叠加和高密度地震映象工作，取得较好成果。本文仅对密云水库潮河和九松山库 区高密度地震映象工作略作介绍。 2 库区地形及地质概况 密云水库库区水位在我们进行测试期间高程为 147 153m，库水下部
4、为建库以来沉积的淤泥，库区原地形在潮河测区的南侧为凹岸，库底地形变化较大，岸坡陡；北侧为缓坡，地形比较平缓；中间为原潮河的古河道，地形比较平坦。在九松山测区，地形起伏较大，由 5 个“ U”字形垭口组成。 潮河测区地层主要有：库区建库以来沉积的淤泥，主要成分为粉质粘土；库区原来的覆盖层，主要成份是砂卵石； 3 基岩为太古界密云群古老变质岩系的花岗片麻岩和角闪片 麻岩。 九松山测区地层主要有：垭口底部沉积的淤泥，主要成份为砂质粘土；基岩为太古界密云群古老变质岩系云母角闪片麻岩。 3 物探方法技术选择及高密度地震映象成果分析 3 1 物探方法技术对比与选择过程 2 在密云水库安全加固工程的可研阶段
5、，某研究所曾利用声纳仪探测潮河库区淤泥分布情况，因该区淤泥厚度大 (最大为 4m)，库水深 (最深处达 45m)，测试效果不理想。为了进一步查清潮河库区淤泥分布情况，在密云水库安全加固工程的初步设计阶段，北京市水利局于 1995 年委托某勘测单位和我院同时进行物探工 作，以便择优选择。该勘测单位在冰面上利用进口地质雷达垂直坝轴线进行探测，结果在水深 20m 左右就无地层信号返回，只好放弃该项测试工作。我院在同一时间段，利用SWS lA 和 SWS 一 1G 型仪器在冰面上进行地震多次叠加和高密度地震映象工作，两台仪器测试的结果完全相同，后经钻孔验证，相对误差均不足 5%，效果十分理想。考虑到高
6、密度地震映象测试速度快，效率高，不利因素影响小，所以在库区实测的过程中 (1995 年底在冰面上工作和 1998 年在水 面上工作 )，全部利用 SWS 一 1G 型仪器进行高密度地震映象工作。 为了进一步 验证潮河测区淤泥的厚度和分布情况，我院在该工程刚开工阶段 (即刚开始抛石 )，特别委托某单位利用美国进口的海底成像剖面仪进行复测，其测试结果是：在库区未抛石部分，其探测淤泥的厚度与我们相吻合；而在抛石区，它只能探测抛石的顶面，至于抛石的厚度和淤泥的分布情况，该仪器无能为力。用 SWS 一 1G 型多功能面波仪不但测到抛石厚度，还能测到淤泥厚度以及其底部的地质构造。 3 2 工作布置及方法简
7、介 在初步设计阶段，根据设计要求，我们在潮河测区布置 2 条平行坝轴线的剖面，用以查明该测区淤泥的分布情况。而在九松山 测区，布置 1 条平行坝轴线的剖面，主要是了解该测区库底地形变化情况和淤泥的分布。 在技术施工阶段，我们在潮河测区布置 3 条平行坝轴线的剖面和 16 条垂直坝轴线的剖面，用以监测抛石的情况和抛石后淤泥厚度变化情况。此次野外测试在水上进行，检波器装在拖鱼上并挂在快艇旁侧，激发震源用福建省建筑设计院研制的震源船，用快艇拖拉，每秒激发 1 次，用动态 GPS系统进行定位。此次野外采集所用的最大偏移距为 8m，二道接收，测点间距和偏移距根据船速确定。 3 3 成果分析 在野外正式测
8、试和整理资料之前，我们在测区做了 大量试验和解释工作，获得该测区库水纵波波速为 1460m/s，抛石前淤泥波速为 1200m/s，抛石后淤泥波速为 1300 1500m/s，抛石体波速为2000 3000m/s。 此次测试跨越时间长，所获得资料较多，本文受篇幅限制，不能全部介绍。下面以九松山测区 I 号垭口和潮河测区平行坝轴线、垂直坝轴线的典型剖面为例加以介绍。 图 1为九松山测区 I号垭口抛石前所获得的高密度地震映象图，该图中在道号 1 50 之间 I号垭口南侧壁顶部，地形较平坦，对应高程约为138m；在 50 130 道之间为垭口南侧壁，地形坡 度较大，对应高程为 138 124m；在道号
9、 130 180 之间为垭口底部，地形变化不大，对应高程为124 126m，该处有淤泥分布 (根据反射波能量和同相轴连续性加以判断 )，淤泥底面在地震记录中反映不太明显，根据原地形推断其厚度为 0.5 1.0m；道号 180 300 之间为垭口北侧壁，地形较平缓，高程在 126 133m 之间。 图 2 和图 3 为潮河库区平行坝轴线同一位置抛石前后的 2 个地震映像剖面，该剖面所处桩号为3 0+084 0+420，离坝轴线距离为 180m，位于潮河古河道，原地势较低。从图 2 同相轴分布情况分析，该处 淤泥顶底面均较平坦，顶高程约为 109.5m，淤泥软塑层和硬塑层交界面高程约为 107.5
10、m，淤泥底面高程约为 105.5m，该处淤泥厚度约为 4m，后经钻孔验证，结果非常吻合，得到甲方和设计人员一致好评。从图 3 的同相轴分布情况分析，抛石顶面呈波浪状，起伏幅度小，最大高程为 113m，最小高程为 111.5m。在抛石过程中，因受水中流塑状淤泥和抛石体周围所形成的淤泥凸起 (被抛石体挤出而形成 )的影响，致使不同时间段所抛的石料形成不同的界面 (在该图的记录中表现为多组不太连续的反射同相轴 )。抛石后淤泥顶面因受上覆石料影响，在 地震记录中其同相轴不太连续，有时与不同时间段抛石所形成的同相轴连在一块，根据反射同相轴的能量强弱和形成该同相轴反射波的频率范围，能够准确划分该界面。抛石
11、后淤泥顶面不像抛石前那样平坦，稍有起伏，其最大高程为 109.1m，最小高程为 108.3m，即抛石厚度为 2.5 3.5m。淤泥底面同相轴与图 2 中淤泥底面同相轴相似，这说明当抛石厚度为 2.5 3.5m 时，淤泥底面基本上不变，其高程仍为 105.5m，由于被压密淤泥厚度4 由抛石前的 4m 变为 2.8 3.6m，淤泥波速也由抛石前的 1200m/s变为 1300 1500m/s。 图 4 为潮河库区垂直坝轴线的地震映像剖面图，该图 l 130 道之间反映原坝坡面和抛石情况，从地震同相轴分布可看出，该段无淤泥分布，坝面在基岩面上衬砌而成，其厚度在 1.0 2.Om 之间，抛石面与原坝面
12、基本平行。在道号 l 90 之间，同相轴坡度较陡，对应抛石面高程为 134118m，坝面高程为 132 116m；在道号 90 130 之间，同相轴的坡度明显变缓，对应抛石面高程为 118 113.6m，坝面高程为 116 112m。在该组同相轴下方，又出现了一组坡度更陡的同相轴，一直往潮河库区延伸，该同相轴在垂直坝 轴线各测线的地震映像图中均有出现，且其坡度和延伸方向基本一致。利用各测线中该同相轴的位置，推算出其走向约为 NE20，往库区延伸 (即向东倾斜 )，倾角为45 60，后经查阅建库前的地质资料，确定该同相轴为潮河以东老牛湾蔓儿岭一线的正断层，其走向为 NEl5 30；在道号 130
13、 250 之间各同相轴分别反映坝坡前抛石面、淤泥顶面、淤 泥底面分布情况；道号 250 300 之间各同相轴分别反映被挤出呈流塑状淤泥面、原淤泥顶面、淤泥软硬塑界面、淤泥底面的分布情况；道号 300 400 之间反映抛石体前方原库区的情况即 淤泥面平坦，高程为 109.54m，厚度约为 4m。 图 5 为潮河库区平行坝轴线且距坝轴线距离约 200m的高密度地震映象图，从该图抛石体顶层的绕射波可以判断抛石的位置，密云水库安全加固工程现还处于抛石阶段，该资料作为现场指导施工单位抛石，成果资料尚未整理，仅供参考。 4 结 语 高密度地震映象技术是一种新型的地震勘探方法，在密云水库安全加固工程中得到广泛应用，取得了很好的效果。 1998 年长江、松花江、嫩江遭到百年不遇洪水袭击，原有各水利工程此次抗洪中发挥重要作用，但也暴露了其存在的不足和安全 稳患，引起党和国家领导人的高度重视。利用物探高新技术检测各水利工程中存在的不足和安全隐患，成为我们物探工作者努力奋斗的方向，同时 也为物探新技术、新方法的应用提供了机会。 本文得到谢宝瑜总工、武登云主任和地质室全体同事的大力支持，同时也得到刘云祯所长、高霞和孟群高工的指导帮助，在此特向他们表示衷心感谢。
