卡拉水电站上坝址平洞地震波CT探测

黄凤林

卡拉水电站上坝址平洞地震波CT探测

黄凤林

（浙江华东工程安全技术有限公司 浙江杭州 310030）

采用平洞地震波CT探测方法，可以查明平洞间裂隙特征、形态、强卸荷位置以及拉裂缝是否连通等，为地质人员处理坝址基础提供依据。

平洞地震波CT探测 观测系统 地震波波速 炸药 破碎岩体

雅砻江卡拉水电站位于四川省木里藏族自治县西北部的雅砻江上，坝址距木里县城120km，距西昌市365km。卡拉水电站初拟上、中、下三个坝址，坝段长约17.5km。工程区对外交通极为不便，沿雅砻江右岸上、中、下坝址间有新建勘测公路相通。

我公司于2010年5月2日至2010年5月16日，对卡拉水电站上坝址上坝线坝址区PD39～PD40、PD39～PD43、PD39～PD44三组平洞进行地震波CT探测，获得地震波射线5544条。

1 工程区地形、地质条件

工程区位于康藏高原东南，工程区内山川地势呈北高南低状，属于大雪山脉，山峰高程多在5000m左右，相对高差多大于1000m，属高山地貌。雅砻江在本区自北向南流，江水水面宽大（在60m以上），水流较急，河谷及其支流强烈侵蚀切割。

卡拉水电站上坝址上坝线基岩以变质砂岩为主，部分测段有砂质板岩、大理岩和含炭质板岩。为了查明平洞间裂隙特征、形态、强卸荷位置以及拉裂缝是否连通等，特布置平洞地震波CT探测。

2 探测仪器、探测原理及方法

2.1探测仪器

平洞地震波CT探测使用美国的SE-24工程地震仪及配套设备。该仪器具有分辨率高，抗干扰能力强等特点，符合物探规程对仪器参数的要求。

2.2探测原理及方法

地震波速度层析成像技术（地震波CT）是基于地震波射线理论，通过测量地震波的旅行时间，研究地震波在地层中速度场的变化，对地震波射线进行追踪反演，重构地层数据模型。由于其原理与医用CT相仿，故简称地震波CT。

平洞地震波CT探测是利用位于同一平面上的两个平洞，一个平洞激发地震波，另一个平洞接收地震波。在两个平洞间作出大量交叉的地震波射线，读取每条射线的地震波初至时间。把两平洞间的断面划分为M个小单元，依据每一条射线的激发点坐标、接收点坐标、地震波初至时间，遵循Fermat原理计算射线路径，建立大型线性方程组，采用重构模型反演拟合算法求解每一个单元地震波速度。

本次探测具体采用方法为：

（1）在PD40平洞左壁风钻孔孔内激发，激发点距一般为2.0m，风钻孔孔深一般为1.5m，放炮洞段为洞深1.0～100.0m。在PD39平洞左壁接收，道间距为2.0m，接收洞段为洞深0～100.0m。

（2）在PD43平洞左壁风钻孔孔内激发，激发点距一般为2.0m，风钻孔孔深一般为1.5m，放炮洞段为洞深1.0～80.0m。在PD39平洞左壁接收，道间距为2.0m，接收洞段为洞深0～100.0m。

（3）在PD44平洞左壁风钻孔孔内激发，激发点距一般为2.0m，风钻孔孔深一般为1.5m，放炮洞段为洞深1.0～108.0m。在PD39平洞左壁接收，道间距为2.0m，接收洞段为洞深0～92.0m。

本次所用CT软件采用最短路径射线追踪法计算理论射线，以最小二乘共轭梯度法（LSQR法）进行反演解释。LSQR法具有收敛快、稳定性好、分辨率高等特点，而且易于用阻尼因子控制其反演成果质量，可较准确地反演出各地层的形态以及岩体中的结构构造。

地震波CT反演拟合计算结果，得到每个地层单元的波速值以及整个断面的地层波速等值线图。结合已有地质资料，对断面波速等值线图作出合理的地质解释，可绘制地震波CT波速-地质解释成果剖面图。平洞地震波CT探测观测系统示意图见图1。

图1 平洞地震波CT探测观测系统示意图

3 资料整理及成果分析

3.1资料整理方法

（1）记录整理。现场探测做了大量的准备工作，采取各项有效措施，使用炸药爆破能量充足，获得了大量的地震波原始记录。要求原始记录初至值清晰，质量优良。

（2）读取射线旅行时间。剔除个别较差的初至值，准确地读取每条有效射线的旅行时间。

（3）探测资料解释。根据外业所取得的地震波初至时间，把每一条射线的激发点坐标、接收点坐标和地震波初至时间输入计算机，使用CT专用处理软件，选取适当的单元尺寸、拟合次数、阻尼系数等参数，经计算机多次迭代拟合运算，最终得到合理的、拟合效果较佳的断面地震波CT探测波速等值线分布图，然后根据岩体完整性分类，结合平洞资料，分析两平洞间地质结构和构造，绘制平洞地震波CT探测成果解释剖面图。

3.2成果分析

（1）PD40～PD39平洞地震波CT探测成果分析。PD40～PD39平洞地震波CT探测成果波速等值线图如图2所示。图3为PD40～PD39平洞地震波CT探测成果解释剖面图。由图3可知，PD40平洞洞深21.0～40.0m段与PD39平洞洞深0～26.0m段的较破碎岩体相连通。

图2 PD40～PD39平洞地震波CT探测成果波速等值线图

图3 PD40～PD39平洞地震波CT探测成果解释剖面图

（2）PD43～PD39平洞地震波CT探测成果分析。PD39～PD43平洞地震波CT探测成果波速等值线图如图4所示。图5为PD39～PD43平洞地震波CT探测成果解释剖面图。由图5可知，PD43平洞洞深0～23.0m段与PD39平洞洞深36.0～51.0m段的较破碎岩体相连通。

图4 PD43～PD39平洞地震波CT探测成果波速等值线图

图5 PD40～PD39平洞地震波CT探测成果解释剖面图

（3）PD44～PD39平洞地震波CT探测成果分析。PD44～PD39平洞地震波CT探测成果波速等值线图如图6所示。图7为PD44～PD39平洞地震波CT探测成果解释剖面图。由图7可知，PD44平洞洞深0～78.0m段与PD39平洞洞深0～ 42.0m段的较破碎岩体多处相连通。

图6 PD44～PD39平洞地震波CT探测成果波速等值线图

图7 PD44～PD39平洞地震波CT探测成果解释剖面图

4 结语

卡拉水电站坝址区平洞间拉裂缝是否连通，用平洞地震波CT探测方法取得了较好的成果资料，为地质人员选择坝址基础处理方案提供了依据，取得了满意的工程效果。

需要指出的是，现场测试时用风钻孔放置炸药爆炸作为震源，测试时风钻孔要注满水，这样爆炸产生的能量大，原始记录初至清晰。另外，使用的炸药要用防水炸药，不要用硝铵炸药，因为用硝铵炸药爆炸，洞中会有硝烟，工作环境会变坏，人在洞中无法长时间连续工作，工作效率会降低。炸药的药量不要太大，用75g半支炸药，如果药量太大，风钻孔会炸塌，堵孔，影响下次使用。如果药量太少，地震波原始记录初至不清晰，会影响测试成果。

激发点坐标、接收点坐标要准确无误，否则探测成果会影响坝址区基础处理方案。另外，对于三维的平洞，两平洞间的距离计算要用准确的三维公式来计算。

10.3969/j.issn.1672-2469.2014.02.003

P631.4

B

1672-2469（2014）02-0005-03

黄凤林（1963年- ），男，高级工程师。