任衛(wèi)波

(廣東地下管網(wǎng)工程勘測(cè)公司，廣東 廣州 510000)

項(xiàng)目位于四川省瀘州市合江縣榕山鎮(zhèn)臨港工業(yè)園區(qū)，橫跨長(zhǎng)江，橋梁南岸連接臨港工業(yè)園區(qū)大道，北岸通過規(guī)劃城區(qū)道路與宜瀘渝高速公路白米互通立交連接。工區(qū)內(nèi)橋梁承臺(tái)四周圍堰下放區(qū)有不均勻卵石層分布，利用地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)圍堰下放區(qū)內(nèi)卵石層，可探明測(cè)區(qū)內(nèi)卵石層的分布特征,為橋梁承臺(tái)的后期養(yǎng)護(hù)工作提供參考。

地質(zhì)雷達(dá)在探測(cè)過程中，其準(zhǔn)確性易受場(chǎng)地地質(zhì)條件、現(xiàn)場(chǎng)條件和探測(cè)目標(biāo)體大小及埋深的影響[1-2]。

1 工程地質(zhì)概況及地球物理背景

1.1 地層巖性

工區(qū)出露和揭露的地層為中生界侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組和上更新統(tǒng)II階沖積層，新生界第四系全新統(tǒng)人工填土層(Q4me)、沖積層(Q4al)及坡殘積層(Q4dl+el)。

(1)沖積層(Q4al)。沖積層主要分布有粉土和卵石。

粉土：褐灰色，以粉粒為主，少量黏粒，稍密，潮濕～飽和，透水性好。

卵石：褐灰色，石質(zhì)成分主要為砂巖，亞圓～圓狀，中度風(fēng)化，稍密，潮濕～飽和，透水性好。鉆孔揭示最大厚度為5.40 m，分布于河床中及漫灘上。

(2)侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組(J2s)。侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組地層出露于長(zhǎng)江兩岸斜坡陡坎處以及下臥于松散層，分布于整個(gè)場(chǎng)地，厚度大于500 m。巖性主要為細(xì)砂巖與粉砂質(zhì)泥巖夾粉砂巖互層。

細(xì)砂巖：紫灰～灰色，礦物成分以石英、長(zhǎng)石為主，含少量云母，細(xì)粒結(jié)構(gòu)，鈣質(zhì)膠結(jié)，中厚層狀構(gòu)造，結(jié)構(gòu)不均勻，局部粉泥質(zhì)富集，局部夾泥質(zhì)團(tuán)塊及泥質(zhì)條帶，沿層理云母富集。

粉砂質(zhì)泥巖：紫紅色，礦物成分以黏土礦物為主，長(zhǎng)石及石英少量，粉泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，泥鈣質(zhì)膠結(jié)，薄層狀構(gòu)造，巖石具飽水軟化、脫水開裂特征。

1.2 場(chǎng)地條件

工區(qū)在江道內(nèi)，部分測(cè)線域附近有已搭建好的金屬鋼架及正在施工的大型機(jī)械設(shè)備會(huì)對(duì)地質(zhì)雷達(dá)信號(hào)產(chǎn)生一定的電磁干擾，影響數(shù)據(jù)采集質(zhì)量，降低信噪比。

1.3 地球物理背景

根據(jù)收集的相關(guān)資料和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得到本次地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)主要介質(zhì)的介電常數(shù)，見表1。

表1 主要介質(zhì)的介電常數(shù)

從表1可知，不同介質(zhì)的介電常數(shù)差異較明顯，可利用地質(zhì)雷達(dá)法探測(cè)不同介質(zhì)的分界面。

2 地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)技術(shù)

2.1 基本原理

地質(zhì)雷達(dá)法是以探測(cè)地質(zhì)體的介電常數(shù)差異為理論基礎(chǔ)，如圖1，通過發(fā)射天線向地質(zhì)體發(fā)射高頻電磁波,電磁波在地質(zhì)體內(nèi)部傳播，當(dāng)其遇見介電常數(shù)差異界面時(shí)發(fā)生反射，通過接收天線接收反射電磁波，并傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集器，經(jīng)專業(yè)軟件處理獲得目標(biāo)地質(zhì)體的埋深、層厚等數(shù)據(jù)[3-5]。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘情況，開展地質(zhì)雷達(dá)試驗(yàn)工作，進(jìn)行參數(shù)設(shè)定。本次試驗(yàn)選用的儀器型號(hào)為GSSI公司的SIR-40型地質(zhì)雷達(dá)，選用100 MHz屏蔽天線。

圖1 地質(zhì)雷達(dá)基本原理圖

2.2 測(cè)線布置

本次地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)工作利用導(dǎo)航船進(jìn)行水上數(shù)據(jù)采集，3#橋墩承臺(tái)共布置地質(zhì)雷達(dá)測(cè)線13條，每條測(cè)線均由導(dǎo)航船定位。

3 典型圖像分析

地質(zhì)雷達(dá)電磁波信號(hào)在水體中傳播，其介質(zhì)較均一，雷達(dá)電磁波信號(hào)較為穩(wěn)定，頻譜范圍窄，振幅均勻，同相軸連續(xù)性好；在松散的水下卵石層中傳播，其介質(zhì)不均一，雷達(dá)波形發(fā)生衍射、反射，反射能量強(qiáng)，振幅變化較大，同相軸連續(xù)性較好。

3.1 承臺(tái)前方區(qū)域

3#橋墩承臺(tái)前方區(qū)域布置地質(zhì)雷達(dá)測(cè)線5條，均以長(zhǎng)江下游為測(cè)線起點(diǎn)，測(cè)線距5 m，平行河道布設(shè)。地質(zhì)雷達(dá)實(shí)測(cè)圖像見圖2。

圖2 承臺(tái)前方區(qū)域地質(zhì)雷達(dá)實(shí)測(cè)圖像

從圖2可知，江水、卵石層、下附淤泥層或沙層分界明顯，該測(cè)線水深變化范圍較大，水深最淺處雷達(dá)圖像視窗顯示為100 ns，最深處雷達(dá)圖像視窗顯示為160 ns，水深總體變化規(guī)律是沿測(cè)線方向逐漸變淺。該線范圍均發(fā)現(xiàn)卵石層強(qiáng)反射異常，測(cè)線水平距離0～72 m卵石層雷達(dá)圖像視窗顯示變化較小，時(shí)差較均一；測(cè)線水平距離72～150 m外界干擾較大，卵石層雷達(dá)圖像視窗顯示變化較大，信噪比低，時(shí)差變化大；測(cè)線水平距離105～137 m卵石層雷達(dá)圖像視窗顯示變化較大，時(shí)差較均一。卵石層埋深隨水深變化而變化，整體厚度較為均一。

3.2 承臺(tái)下游區(qū)域

3#橋墩承臺(tái)下游區(qū)域布置地質(zhì)雷達(dá)測(cè)線5條，測(cè)線距5 m，垂直河道布設(shè)。地質(zhì)雷達(dá)實(shí)測(cè)圖像見圖3。

圖3 承臺(tái)下游區(qū)域地質(zhì)雷達(dá)實(shí)測(cè)圖像

從圖3可知，江水、卵石層、下附淤泥層或沙層分界明顯，該測(cè)線水深變化范圍較大，水深最淺處雷達(dá)圖像視窗顯示為90 ns，最深處雷達(dá)圖像視窗顯示為210 ns，水深總體呈現(xiàn)沿測(cè)線方向深淺交替變化。該線范圍均發(fā)現(xiàn)卵石層強(qiáng)反射異常，測(cè)線水平距離0～85 m卵石層雷達(dá)圖像視窗顯示變化較大，時(shí)差較均一；測(cè)線水平距離85～110 m卵石層雷達(dá)圖像視窗顯示變化較大，時(shí)差變大。該側(cè)線卵石層埋深隨水深變化而變化，測(cè)線水平距離0～85 m厚度較為均一，測(cè)線水平距離85～110 m卵石層增厚。

3.3 承臺(tái)上游區(qū)域

3#橋墩承臺(tái)上游區(qū)域存在金屬干擾，布置3條地質(zhì)雷達(dá)測(cè)線，測(cè)線距5 m，垂直河道布設(shè)。地質(zhì)雷達(dá)實(shí)測(cè)圖像見圖4。

圖4 承臺(tái)上游區(qū)域地質(zhì)雷達(dá)實(shí)測(cè)圖像

從圖4可知，測(cè)線水平距離0～64 m外界干擾較大，信噪比低，江水、卵石層、下附淤泥層或沙層分界不明顯，且水平距離0～22 m存在強(qiáng)干擾；測(cè)線水平距離64～88 m江水、卵石層、下附淤泥層或沙層分界明顯，水深較均一，卵石層雷達(dá)圖像視窗顯示變化較小，時(shí)差較均一，厚度較為均一。

4 結(jié)語

地質(zhì)雷達(dá)電磁波信號(hào)在江水中傳播，介質(zhì)較均一，雷達(dá)電磁波信號(hào)較為穩(wěn)定，分布較均一，同相軸連續(xù)性好；卵石層中雷達(dá)電磁波反射信號(hào)能量強(qiáng)，部分波形較凌亂，同相軸連續(xù)性較好，偶爾會(huì)出現(xiàn)合并、分岔、中斷等現(xiàn)象。地質(zhì)雷達(dá)可高效探測(cè)水下卵石層位置及厚度，為橋墩及承臺(tái)養(yǎng)護(hù)、減災(zāi)、防災(zāi)等提供地球物理依據(jù)，但實(shí)際工作中，不均勻介質(zhì)和周邊干擾源會(huì)影響地質(zhì)雷達(dá)的圖像判別，應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，開展一定驗(yàn)證工作，提高探測(cè)精度。