熊 勇

(貴州省水利水電勘測設計研究院，貴州貴陽 550002)

0 引言

水利樞紐和水電工程因其特殊性絕大部分均選址于地形陡峭、通行困難的深切河谷地段，這就給地質勘察工作的開展帶來較大的難度。水利水電工程的主要勘察手段離不開鉆探、平硐、物探等綜合方法，由于地表地形條件較差，地面物探勘察方法的應用受到較大的限制，同時因地形的影響使得地面物探勘察成果精度較低。如何充分利用地形及現有的鉆孔、平硐等地質工程，采用CT技術、聲波測試、鉆孔攝影、地質雷達等物探方法查明工程地質情況是物探科技工作者必須研究的課題。本文通過工程實例，介紹利用平硐、鉆孔進行地震波CT、電磁波CT所取得的地質效果，與同行交流，以提高復雜地形、地質條件下物探勘察方法的應用水平。

1 CT技術及數據處理方法

1．1 CT 技術

CT技術是利用在物體外部觀測得到的物理場量，通過特殊的數字處理技術，重現物體內部物性或狀態(tài)參數的分布圖像，從而解決有關的工程技術問題［1］。根據CT勘察所利用場源的不同，可分為彈性波(地震波、聲波)CT、電磁波CT等。地震波CT與電磁波CT工作原理、工作方法大致相似，區(qū)別在于場源及利用的物性參數不同，地震波CT利用的是地質體的地震波速度差異，電磁波CT利用的是地質體對電磁波能量的吸收衰減差異?，F以地震透射波CT為例，對CT工作敘述如下:

如圖1所示，設有兩平硐PD1、PD2(或兩鉆孔)，在兩平硐(或鉆孔)之間進行地震波透射，以探明兩平硐之間巖體完整性及構造分布情況。沿PD1布置激發(fā)點 F1、F2、…、Fn，沿 PD2 布置信號接收點 S1、S2、…、Sn，在兩平硐(或鉆孔)之間組成致密交叉的激發(fā)—接收網絡，然后根據射線的疏密程度和成像精度要求進行單元劃分，并建立觀測參數線性方程組，再選用適當的射線追蹤和反演方法，經過多次迭代并成像，便可獲得被測區(qū)域的地震波速分布圖像。

圖1 CT工作示意圖Fig.1 Working diagram of tomography

1．2 CT數據處理方法

對上述觀測系統(tǒng)數據反演過程如下:首先把兩平硐(或鉆孔)之間的斷面劃分成若干等面積的小方塊，實現透射空間離散化。設橫向分格數為K，縱向分格數為L，總的小方格數為m=L×K，小方格的大小依勘測精度要求及射線的疏密程度而定。對每個小格編號，分別為1、2、……、m。設Vj為第j個小方格的地震波傳播速度，對于每條地震波射線都可以寫出一條射線方程［2］:

式中:Ti為第i條射線的地震波到達時間;Aj為該射線在第j號方塊中的長度;m為射線條數。

如果分別在兩個平硐(或鉆孔)的不同位置激發(fā)、接收n次，便可以得到n個射線方程，寫成矩陣形式為:

求解上述矩陣方程便可得到地震波在各個小方格內的地震波慢度值，分別取其倒數即得到速度，從而得到兩平硐(或鉆孔)之間的地質體地震波速度分布，達到重建勘察斷面的速度地質模型的目的。

2 工程實例

貴州某水電站工程右壩肩地形、地貌及鉆孔、平硐分布情況如圖2。從外表看，右壩肩巖體完整性較好，然而根據勘探鉆孔、平硐揭露的情況，右壩肩730～770 m高程，巖體內溶蝕風化嚴重，沿平硐方向見10多米長的泥化夾層，平硐施工后垮塌嚴重，對壩肩的穩(wěn)定性危害較大，直接關系到該壩址的建壩條件。要進一步查明巖體內泥化夾層及破碎帶沿垂向和縱向的分布情況，從地形條件看采用地面物探方法較難，充分利用現有的勘探平硐及鉆孔采用CT技術進行勘察是較好的選擇。為此筆者利用平硐PDⅡ-4、PDⅡ-5、PDⅡ-6、PDⅠ-3進行地震波CT技術，構建右壩肩巖體的二維地震波速度地質模型;利用鉆孔ZKⅡ-9、ZKⅢ-9、ZKⅢ-7、ZKⅢ-10進行電磁波CT技術，構建右壩肩巖體的二維電磁波吸收系數地質模型(鉆孔、平硐分布情況見圖2)。通過對巖體地震波速度、電磁波吸收系數的分析，結合現場巖體地震波速度的物性測定情況，綜合平硐、鉆探資料，確定劃分破碎帶或泥化夾層的速度上限，從而查明兩壩肩巖體內破碎帶或泥化夾層的發(fā)育分布情況。

圖2 右壩肩地形地貌及鉆孔、平硐分布情況圖Fig.2 The diagram of right abutment of topography and drilling，adit distribution

圖3 為右壩肩PDⅡ-4～PDⅡ-6、PDⅡ-4～PDⅠ-4地震波CT技術成果圖，從圖中可以看出，平硐PDⅡ-4～PDⅡ-6、PDⅡ-4～PDⅠ-4構成的透射斷面上，大部分斷面位置地震波速度V≤4 000 m/s，根據巖體波束測試結果，結合鉆探與平硐勘察的成果分析，將地震波速度V≤3 000 m/s的異常帶劃分為泥化夾層，將地震波速度3 000 m/s≤V≤4 000 m/s的異常帶劃分為相對破碎巖體，資料解釋成果與鉆探及平硐勘探情況吻合較好。

圖4為右壩肩ZKⅢ-7～ZKⅢ-9、ZKⅢ-7～ZKⅢ-10電磁波CT技術成果圖，從圖中可以看出，鉆孔ZKⅢ-7～ZKⅢ-9、ZKⅢ-7～ZKⅢ-10構成的透射斷面上，大部分斷面位置電磁波吸收系數＞0．6，斷面局部位置電磁波吸收系數在0．8～1之間，結合鉆探與平硐勘察的成果分析，將電磁波吸收系數在0．6～0．8之間的位置劃分為破碎帶，電磁波吸收系數在0．8～1之間的位置劃分為泥化夾層，資料解釋成果與鉆探情況吻合較好。

圖3 右壩肩平硐地震波CT成果圖Fig.3 Adit right abutment sectional view of the results of the seismic wave CT

圖4 右壩肩鉆孔電磁波CT成果圖Fig.4 Right abutment sectional view of the results of drilling electromagnetic CT

3 結論

通過工程實踐證明，地震波CT和電磁波CT技術用于探測巖溶、斷層破碎帶、泥化夾層等不良地質體時在一定地質條件下可取得較好的效果。對于水利、水電這類惡劣地形條件下較難開展地面物探勘察工作的地段，充分利用現有的勘探鉆孔、平硐等地質工程及地形條件，進行鉆孔與鉆孔、平硐與平硐、平硐與地表、地表與地表之間的CT勘察，對于節(jié)約勘察成本、提高勘探成果精度取得事半功倍效果，對解決復雜條件下的地質問題較為適用，勘察成果精度較高。

［1］ 石林珂，孫懿斐．聲波技術［J］．巖石力學與工程學報，2003(1):122．

［2］ 王振東．淺層地震勘探應用技術［M］．北京:地質出版社，1988:215－216．