鸡西市松林公园漫水坝工程物探报告.doc

鸡西市松林公园漫水坝
工程物探报告

黑龙江省水利水电勘测设计研究院
二零一四年九月

鸡西市松林公园漫水坝
工程物探报告

审定：韩玉彬

校核：孙宝喜

编写：王强

黑龙江省水利水电勘测设计研究院
工程物探检测处
2014年9月
目 录
1 工程概况 1
2 工作布置及完成工作量 1
3 方法技术 2
3.1地质雷达勘探 2
3.2超高密度电法勘探 3
4 资料解释 4
4.1地质雷达勘探 4
4.2超高密度电法勘探 5
5 成果分析： 5
5.1 测线X1 5
5.2 测线X2 7
5.3 测线X3 8
5.4 测线X4 9
5.5 测线X5 10
5.6 测线X6 12
5.7 测线X7 13
5.8 测线X8 14
5.9 测线X9 16
5.10 测线X10 17
推测异常汇总 18
6 结论、建议及存在问题 18
6.1 结论、建议 18
6.2 存在问题 18
附图 20

1 工程概况
受牡丹江地质工程勘察院委托，黑龙江省水利水电勘测设计研究院工程物探检测处对鸡西市松林公园漫水坝工程进行地球物理勘探工作。
本次工作主要任务是对坝体及坝体周围进行探测，探测地下是否存在可能引起坝体漏水的构造、断裂等。
2 工作布置及完成工作量
本次物探工作布置在甲方指定的大坝坝体、坝端及大坝两侧范围内。为了能够更加精确地探测出地下可能存在的构造等，采用地质雷达法及超高密度电法两种方法进行勘探。测线布置平行于坝体方向坝顶2条、坝底2条、坝坡2条，垂直于坝体方向布置4条，共计测线10条。
地质雷达法使用100 MHz自发自收天线，采用点测测量方式，测点间距 0.2m，测量窗口500ns；超高密度电法使用64个电极，电极距根据场地情况选择1.2m或1.5m，每条测线长75m或95m。完成工作量见表2-1 物探完成工作量统计表。
表2-1 物探完成工作量统计表
测线名称
测线长度（m）
使用方法
点距
测线名称
测线长度（m）
使用方法
点距
X1
75
地质雷达
0.2
X6
100
地质雷达
0.2
超高密度电法
1.2
95
超高密度电法
1.5
X2
75
地质雷达
0.2
X7
100
地质雷达
0.2
超高密度电法
1.2
95
超高密度电法
1.5
X3
75
地质雷达
0.2
X8
100
地质雷达
0.2
超高密度电法
1.2
95
超高密度电法
1.5
X4
91
地质雷达
0.2
X9
75
地质雷达
0.2
95
超高密度电法
1.5
超高密度电法
1.2
X5
100
地质雷达
0.2
X10
91
地质雷达
0.2
95
超高密度电法
1.5
95
超高密度电法
1.5
合计

地质雷达

882

超高密度电法

870

3 方法技术
3.1地质雷达勘探
地质雷达方法原理类似于探空雷达和地震反射技术，是地球物理方法中的一种高分辨率、高效率的探测方法，是二十世纪地球物理探测科学的结晶。地质雷达方法是利用高频电磁波（1MHz～1GHz），以脉冲的形式通过发射天线被定向的送入地下。电磁波在地下介质中传播时，当遇到存在电性差异的地层或目标体时，电磁波发生反射和折射，反射回地面的电磁波被接收天线所接收，由地质雷达系统采集和显示。采集到的电磁波经数据处理后，根据电磁波波形、振幅强度和时间的变化特征，推断地下介质的空间位置、结构、形态和埋藏深度，从而达到对地下地层或目标体探测的目的。
地质雷达系统发射的电磁波在介质中传播时，受到介质的相对介电常数和电导率的影响，在两种介质的交界面上，由于介质介电常数的改变，电磁波发生类似于光学的反射和折射的现象，反射回表面的电磁波的强度与反射系数相关。
目前常用的地质雷达测量方式有剖面法和宽角法两种。本次测量采用剖面法进行探测。
剖面法是发射天线（T）和接收天线（R）以固定间距沿测线同步移动的一种测量方式。当发射天线与接收天线间距为零，亦即发射天线与接收天线合二为一时称为单天线形式，反之称为双天线形式。剖面法的测量结果可以用地质雷达时间剖面图像来表示。该图像的横坐标记录了天线在地表的位置；纵坐标为反射波双程走时，表示雷达脉冲从发射天线出发经地下界面反射回到接收天线所需的时间。这种记录能准确反映测线下方地下各反射界面的形态。

图3-1 地质雷达测量剖面法示意图（a）及其雷达图像剖面示意图(b)
由于介质对电磁波的吸收，来自深部界面的反射波会由于信噪比过小而不易识别、这时可应用不同天线距的发射—接收天线在同一测线上进行重复测量，然后把测量记录中相同位置的记录进行叠加，这种记录能增强对深部地下介质的分辨能力。
电磁脉冲反射信号的强度与界面的反射系数和穿透介质的波吸收程度有关，一般，介质的电磁参数（电性）差别大，则反射系数大，因而反射波的能量也大，这就是地质雷达探测的前提条件。电磁脉冲接收功率：
PR=
PTG2λ03RSL
(4π3)H4
RSL×e-4αR
(式中：PT、PR为发射、接收功率；G为天线增益；R、S和H为地下目标体的反射率、散射面截面和深度；α为土壤衰减率；L为雷达波从发射到接收过程的散射损耗；λ0为介质中雷达波的波长)。
可以看出，雷达接收到信号的大小与雷达天线的特性、地层的衰减、目标体的深度和反射特征以及雷达的工作频率和发射功率均有关系。
在仪器性能和地下介质一定的情况下，探测深度取决于工作频率选择及地层的衰减系数。一般天线频率越高，则探测深度越浅，分辨率越高；天线频率越低，则探测深度越深，分辨率越低。因此，地质雷达技术存在着探测深度与分辨率的取舍或优选问题。目前地质雷达所能探测的深度在50米以内，但由于深度的增加，分辨率有较大的下降。同时探测深度与介质的含水量和电导率有较大的关系。
地质雷达利用高频电磁波以宽频带短脉冲的形式，由地面通过发射天线向地下发射，当遇到地下地质体或介质分界面时发生反射，并返回地面，被放置在地面的接收天线接收，并由主机记录下来，形成雷达剖面图。由于电磁波在介质中传播时，其路径、电磁波场强度以及波形将随所通过介质的电磁特性及其几何形态而发生变化。因此，根据接收到的电磁波特征（走时、幅值、频谱）来推测地下地质体或异常体的形态、空间位置等结构特征。
3.2超高密度电法勘探
超高密度电法勘探是以岩石的导电性差异为基础，通过对人工地下电流场的分布规律进行观测和研究，达到解决地质问题的目的。其基本原理是：当从地面或井下供电电极通入地下稳定电流，流经不同的岩矿层、矿体和地质构造时，在地表或井中观测到的电流场将发生变化。
超高密度电阻率法的数据采集过程全部自动化。程序自动将每个排列的64个电极分为奇数组32个（1、3、5、……61、63）和偶数组32个（2、4、6、……62、64）两组，然后在这两组电极中各选取一个作为供电电极A和B，在一次通电过程中同时测量其它电极相对于某一电极M的电位差（如下图所示），就可得到61个电位差（MN1、MN2、MN3……MN60、MN61）数据。而奇数组32个电极和偶数组32个电极互相配对（即全排列）做供电电极，即做一个排列就有32×32＝1024次供断电过程，每次供电可同时采集61个电位差数据，所以总的数据量为32×32×61＝62462个。

超高密度电法打破了常规电法勘探中数据采集方式的限制，而采用自由无限制的任何四极的组合方式来采集数据，正是基于此，超高密度方法可采集到几十倍于常规电法数据采集方式采集不到的数据。在同一个64电极的排列中，常规的数据采集方式仅可采集到一千多个数据，而采用超高密度方法，就可采集到六万多个数据，大大提高了反演结果的准确性和可靠性。
本次使用仪器是由澳大利亚ZZ Resistivity Imaging研发中心研制的FlashRES 64多通道超高密度直流电法仪。
4 资料解释
4.1地质雷达勘探
地质雷达是一个重要的无损探测方法，探测目标体与周围土壤具有较大电性差异，是地质雷达探测法的重要前提。地质雷达资料的处理主要是通过雷达系统配套软件完成，通过对采集数据进行滤波、静态校正、选取介电常数等处理后，形成地质雷达剖面图。用地质雷达法探测地下地质体构造，对其数据资料进行分析和判断的主要依据参数有：振幅、频率和电磁波的传播速度。
振幅是反映电磁波反射能量的重要标志。当地质体内充水时，与周围土壤电性差异较大，将出现能量较强的反射，雷达波频率将明显降低，但相位不发生变化。当地质体内存在空洞时，与周围介质也有较大电性差异，能获得较强的反射，雷达波频率较高，发生90度的相位变化。在资料的处理和解释中也主要根据以上的特点和标志进行数据处理和解释。
4.2超高密度电法勘探
Flash RES 64多通道超高密度直流电法勘探系统的数据处理是利用该套仪器专门配置的处理软件FlashRES64S.EXE进行处理，处理结果的输出为Surfer能够直接调用的*.grd格式的文件，再利用Surfer绘制该剖面的真电阻率剖面图，最后利用该真电阻率剖面图结合地质及其它物探方法的资料进行综合解释工作。
5 成果分析：
由于本次物探工作量较大，且测线布置的紧密，在报告的成果分析中只列举部分典型地质雷达剖面图进行解释分析，其他剖面图详见附图册。本次物探工作发现的所有异常点的位置详见物探工作解释平面图。
5.1 测线X1
5.1.1 地质雷达成果及分析
测线X1位于坝顶北侧，平行于坝轴线，方向由西向东，地质雷达剖面图如下：
D1

图5.1-1 X1测线（0-32米）地质雷达剖面图
D1

图5.1-2 X1测线（32-63米）地质雷达剖面图

图5.1-3 X1测线（63-75米）地质雷达剖面图
分析：由图5.1-1、图5.1-2、图5.1-3可以看出：在测线的25.0m~37.0m，深度5-8m处，出现了一个明显的异常区域，同相轴错断，对雷达电磁波出现较强的反射，推测为测线下方地质体不均匀造成。测线其他位置地质雷达波形层位清晰， 无明显异常，推测为地下地质体均匀。
5.1.2 超高密度电法成果及分析
D1

图5.1-4 X1测线（0-75m）超高密度电法反演剖面图
分析：由图5.1-4可以看出：测线整体电阻率值较低，电阻率值大部分小于60Ω·m，在测线的25m-37m，深度5-15m处出现了一个明显的向下延伸高阻异常区域，推测为测线下方局部地质体不均匀造成。
5.2 测线X2
5.2.1 地质雷达成果及分析
测线X2位于坝顶南侧，平行于坝轴线，方向由西向东，地质雷达剖面图如下：
D2

图5.2-1 X2测线（0-32米）地质雷达剖面图
D2

图5.2-2 X2测线（32-64米）地质雷达剖面图
分析：由图5.2-1、图5.2-2可以看出：在测线的25.0m~37.0m，深度5-8m处，出现了一个明显的异常区域，同相轴错断，对雷达电磁波出现较强的反射，推测为测线下方局部地质体不均匀造成。
5.2.2 超高密度电法成果及分析
D2

图5.2-3 X2测线（0-75m）超高密度电法反演剖面图
分析：由图5.2-3可以看出：测线整体电阻率值较低，电阻率值大部分小于60Ω·m，在测线的25m-37m，深度5-15m处出现了一个明显的向下延伸高阻异常区域，推测为测线下方局部地质体不均匀造成。
5.3 测线X3
5.3.1 地质雷达成果及分析
测线X3位于坝体北侧斜坡中部，平行于坝轴线，方向由西向东，地质雷达剖面图如下：

图5.3-1 X3测线（0-32米）地质雷达剖面图
分析：由图5.3-1可以看出：整体测线层位清晰，同相轴连续，未见明显异常。推测地下地质体整体相对较均匀。
5.3.2 超高密度电法成果及分析

图5.3-2 X3测线（0-75m）超高密度电法反演剖面图
分析：由图5.3-2可以看出：测线整体电阻率值较低，电阻率值小于60Ω·m，未见明显异常。推测为测线下方地质体相对较均匀。
5.4 测线X4
5.4.1 地质雷达成果及分析
测线X4位于坝体北侧坡底，平行于坝轴线，方向由西向东，地质雷达剖面图如下：

图5.4-1 X4测线（50-82米）地质雷达剖面图
分析：由图5.4-1可以看出：整体测线层位清晰，同相轴连续，未见明显异常。推测地下地质体相对较均匀。
5.4.2 超高密度电法成果及分析

图5.4-2 X4测线（0-95m）超高密度电法反演剖面图
分析：由图5.4-2可以看出：测线表层电阻率值较低，第二层电阻率值略高。整体电阻率值均较低，层位清晰，未见明显异常。推测为测线下方地质体相对较均匀。
5.5 测线X5
5.5.1 地质雷达成果及分析
测线X5位于坝体东侧，垂直于坝轴线，方向由南向北，地质雷达剖面图如下：

图5.5-1 X5测线（32-63米）地质雷达剖面图

图5.5-2 X5测线（63-100米）地质雷达剖面图
分析：由图5.5-1、图5.5-2可以看出：整体测线层位清晰，同相轴无错断，未见明显异常。推测地下地质体相对较均匀。
5.5.2 超高密度电法成果及分析

图5.5-3 X5测线（0-95m）超高密度电法反演剖面图
分析：由图5.5-3可以看出：测线表层电阻率值较低，第二层电阻率值略高。整体电阻率值均较低，层位清晰，未见明显异常。
5.6 测线X6
5.6.1 地质雷达成果及分析
测线X6垂直于坝轴线，距离坝体西侧端点6m，方向由南向北，地质雷达剖面图如下：

图5.6-1 X6测线（82-100米）地质雷达剖面图
分析：由图5.6-1可以看出：整体测线层位清晰，同相轴连续，未见明显异常。
5.6.2 超高密度电法成果及分析

图5.6-2 X6测线（0-95m）超高密度电法反演剖面图
分析：由图5.6-2可以看出：测线表层电阻率值较低，位于测线45-95m处存在一电阻率略高层，第二层电阻率值略高。整体电阻率值均较低，层位清晰，未见明显异常。
5.7 测线X7
5.7.1 地质雷达成果及分析
测线X7垂直于坝轴线，距离坝体西侧端点25m，方向由南向北，地质雷达剖面图如下：
D3

图5.7-1 X7测线（32-50米）地质雷达剖面图
D3

图5.7-2 X7测线（50-82米）地质雷达剖面图
分析：由图5.7-1、图5.7-2可以看出：在测线的45.0-55.0m，深度5-8m处，出现了一个明显的异常区域，雷达电磁波出现较强的反射，推测为测线下方地质体不均匀造成。测线其他位置地质雷达波形层位清晰，无明显异常，推测为地下地质体均匀。
5.7.2 超高密度电法成果及分析
D3

图5.7-3 X7测线（0-95m）超高密度电法反演剖面图
分析：由图5.7-3可以看出：测线整体电阻率值较低，电阻率值大部分小于80Ω·m，在测线的46m-55m、深度5-12m，处出现了1个高阻圈闭异常，推测为测线下方地质体不均匀造成。
5.8 测线X8
5.8.1 地质雷达成果及分析
测线X8垂直于坝轴线，距离坝体西侧端点37m，方向由南向北，地质雷达剖面图如下：
D4

图5.8-1 X8测线（32-50米）地质雷达剖面图
D4

图5.8-2 X8测线（50-82米）地质雷达剖面图
分析：由图5.8-1、图5.8-2可以看出：在测线的48.0-57.0m，深度5-8m处，出现了一个明显的异常区域，同相轴发生错断，雷达电磁波出现较强的反射，推测为测线下方地质体不均匀造成。测线其他位置地质雷达波形层位清晰，无明显异常，推测为地下地质体均匀。
5.8.2 超高密度电法成果及分析
D4

图5.8-3 X8测线（0-95m）超高密度电法反演剖面图
分析：由图5.8-3可以看出：测线整体电阻率值较低，电阻率值大部分小于60Ω·m，在测线的47m-57m，深度5-12m处出现了一个明显的高阻异常区域，推测为测线下方地质体不均匀造成。
5.9 测线X9
5.9.1 地质雷达成果及分析
测线X9位于坝体南侧斜坡中部，平行于坝轴线，方向由西向东，地质雷达剖面图如下：

图5.9-1 X9测线（0-38米）地质雷达剖面图
分析：由图5.9-1可以看出：整体测线层位清晰，同相轴连续，未见明显异常。推测地下地质体相对较均匀。
5.9.2 超高密度电法成果及分析

图5.9-2 X9测线（0-75m）超高密度电法反演剖面图
分析：由图5.9-2可以看出：测线整体电阻率值较低，电阻率值小于56Ω·m，未见明显异常。推测为测线下方地质体相对较均匀。
5.10 测线X10
5.10.1 地质雷达成果及分析
测线X10位于坝体南侧坡底，平行于坝轴线，方向由西向东，地质雷达剖面图如下：

图5.10-1 X10测线（0-32米）地质雷达剖面图
分析：由图5.10-1可以看出：整体测线层位清晰，同相轴连续，未见明显异常。推测地下地质体相对较均匀。
5.10.2 超高密度电法成果及分析

图5.10-2 X10测线（0-75m）超高密度电法反演剖面图
分析：由图5.10-2可以看出：测线35-90m表层电阻率值较低，其余部分电阻率值略高。整体电阻率值均较低，层位清晰，未见明显异常。
推测异常汇总
以下是本次物探工作的异常点的位置及其深度的汇总，见表5-1。
表5-1 物探异常点汇总
测线
异常范围(m)
异常深度(m)
测线
异常范围(m)
异常深度(m)
X1
25-37
5-15
X6
-

X2
25-37
5-15
X7
45-55
5-12
X3
-

X8
47-57
5-12
X4
-

X9
-

X5
-

X10
-

6 结论、建议及存在问题
6.1 结论、建议
本次共完成地质雷达、超高密度测线各10条，发现异常4处，未见大规模断裂、构造。文中所列异常推测是由于地下地质体不均匀引起，是由于先前坝体施工工艺导致。综合判断坝体不存在漏水孔洞。
建议对该坝体进行利用时，对异常部位进行加固处理。
6.2 存在问题
对比该坝体部位相关地质资料，坝体主要为素填土，部分为杂填土，其下主要为砂岩（局部含有泥岩夹层）地层。素填土与砂岩、泥岩电阻率较为接近，对异常的判断存在一定影响，资料解释可能存在一定误差。另外，坝体及周围地表含有垃圾、水泥、钢筋及电缆等，对地质雷达、超高密度电法勘测均有不小的干扰，影响工作的精密度，对探测结果存在一定影响。
附图
鸡西市松林公园漫水坝工程物探解释平面图
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