综合物探方法在常德沅江过江隧道工程勘察中的应用

胡程亮

（湖南省勘测设计院有限公司，长沙 410014）

1 引言

地球物理勘探方法的物理前提是利用地下介质间的物性差异，通过仪器接收人工激发或天然的地球物理场电阻率、波速、密度等在空间或时间上的响应，达到探测地下介质分布特征的目的。工程物探则是利用探测的地下介质的电阻率、波速、密度等分布特征，查明和推测探测目标区工程地质性质，进而为工程地质问题的解决提供地质依据。

2 研究区概况

拟建常德市沅江过江隧道工程位于常德市城区沅水一桥和三桥之间，距上游在建的三桥约2.3 km，距下游一桥约2.1 km。连通江北城区皂果路和江南鼎城区阳明路，隧道全长2.2 km，其中，越江段约1 km，越江段埋深最深达河床以下约23 m。隧址区两岸地面高程一般为30.0～34.0 m，沅江大堤高程为42.5 m，河床高程为14.0～26.0 m。隧址区多由第四系冲积的松散粉细砂、中粗砂层、稍密～密实粉细砂、中粗砂层、圆砾土、卵石土等组成，厚度大于60.0 m；下伏基岩为第三系泥质粉砂岩。

3 物探方法选择及实施

地层中各层岩土、岩石的物性参数差异是本测区开展物探工作的地球物理条件，水、覆盖层中的松散土类、砂、卵石层与泥质粉砂岩等，它们之间存在电阻率、波速及密度的差异，也存在明显的波阻抗（波速与密度的乘积）差异，通常较完整的基岩顶面为良好的地震波反射界面，同时第四系覆盖层内各岩性组之间、覆盖层与基岩之间也存在一定的电阻率差异，电测深曲线上形成曲线类型的变化。根据测区地层的物性参数特征、地形条件以及测区试验效果情况，该项目确定采用电测深法、地震反射波法和高精度磁法相结合的综合物探方法进行勘探。

根据常德市沅江过江隧道物探施工方案设计，沿隧道过江段左线、右线共布置三极电测深测线2条（左测线、右测线），在右线陆地段布置地震反射测线共3段，沿隧道过江段左线、右线共布置磁法测线2条（左测线、右测线）。

物探工作自2013年12月28日进场，开始水上电法的外业采集工作，2014年1月8日开展陆地地震反射参数试验和数据观测工作，1月9日开始12次覆盖反射的野外数据采集工作，1月15日完成水上电测深观测和陆地地震反射的数据采集等外业工作。完成工作量见表2。

表2 物探完成工作量统计表

4 物探成果分析

4.1 电测深成果分析

电测深数据处理使用电测深解释软件进行，处理流程按两种执行：（1）数据输入→数据自动检查→自动或手工圆滑数据→滤波→数据格式转换（DCS2USF）→电阻率等值线成图→解释剖面；（2）数据输入→电测深反演程序→依据模型进行单支曲线一维反演→剖面输出→解释。

以左侧线为例，电测深等视电阻率断面图如图1所示，一维反演曲线类型图如图2所示。从电性上来说，地层整体表现为5层电性结构，结合钻探揭示的地层结构分析：表层电阻率20～80Ω·m，推断为黏土、砂、填土等；第二层电阻率180～350Ω·m，推断为圆砾；第三层100～200Ω·m，推断为粉质黏土（粉细砂）；第四层电阻率180～350Ω·m，推断为圆砾；第五层电阻率20～80Ω·m，推断为基岩反应（电阻率较低，推断为泥质粉砂岩）。

图1 左测线电测深等视电阻率断面图

图2 左测线电测深一维反演成果图

从等视电阻率断面图结合视电阻率曲线分析来看，左测线覆盖层厚度大于90 m，沿测线无明显的地质断层构造异常。

4.2 地震反射成果分析

浅层反射地震勘探数据处理是一项重要工作。在原始记录数据可靠的前提下，能否获得用于地质推断的高质量时间剖面，关键在于所用处理软件的质量和处理时所用的各种参数。本次陆地地震数据采用VISTA10.0地震数据处理系统进行，处理流程分为5部分：输入部分、预处理部分、实质性处理部分、修饰性处理部分和输出部分。

以地震反射ZF3测线为例，表层的、粉细砂以及砂岩间存在明显的波阻抗差异，形成了比较好的反射界面，其中，粉质黏土及粉细砂与下伏圆砾间反射界面时间主要在20～35 ms，在整个测区内可连续追踪，粉质黏土层厚度在10～17 m；圆砾与下伏粉细砂层反射界面时间在90～110 ms，在整个测区内可连续追踪，圆砾层厚在10～24 m；粉细砂与下伏圆砾层反射界面时间在125～160 ms，在整个测区内可连续追踪，粉细砂层厚在10～20 m；圆砾与下伏砂岩（基岩）反射界面时间在190～235 ms，在整个测区内基本可连续追踪，圆砾层厚在18～36 m；泥质粉砂岩埋深大于90 m，反射波组同相轴较乱，推断基岩风化影响，无明显的断层构造异常反应。

4.3 磁法成果分析

以左测线为例，ZK0+800～ZK1+140段未发现水下有障碍物（如沉船、混凝土和钢铁构件等）。ZK1+140～ZK1+210段磁异常较大，此处有2条铁船在打钻，推断为受铁船影响的假异常。ZK1+210～ZK1+290未发现水下有障碍物（如沉船、混凝土和钢铁构件等）。ZK1+290～ZK1+380段ZK1+300和ZK1+370两处磁异常较大，推断水下有障碍物（如沉船、混凝土和钢铁构件等）。ZK1+380～ZK1+525段未发现水下有障碍物（如沉船、混凝土和钢铁构件等）。ZK1+525～ZK1+600段磁异常较大，此处停放有一条轮渡铁船，推断为受铁船影响的假异常。

5 物探成果验证

本工程于2014年3月～5月实施了岩土工程详细勘察工作，完成101个钻孔进尺4897.40 m，根据钻探成果，验证物探主要成果如下：

1）物探推测：下伏泥质粉砂岩埋深大于90 m，勘察Jz-Ⅲ14-沅隧32-1钻孔91.6 m揭露基岩，且上覆地层揭露厚度与物探基本一致，隧址区无明显的断层构造。

2）左线ZK1+290～ZK1+380段ZK1+300和ZK1+370两处、右线YK1+290～YK1+380段YK1+300和YK1+370两处磁异常较大，推断水下有障碍物（如沉船、混凝土和钢铁构件等），勘察在钻孔Jz-Ⅲ14-沅隧48处遇到沉锚，沉锚埋深标高13.0 m，与物探成果相符。

6 结语

工程物探方法作为岩土工程勘察方法之一，在查明覆盖层、不良地质作用、构造断裂时，可以解决地质钻探工作量大、投资大且周期长的弊端，弥补只能对单一点进行勘察、孔孔之间地层无法做到无缝对接、钻探结果以点带面等缺陷。

但是，由于物探成果具有一定的多解性，必须与常规的岩土工程勘察手段相结合，用物探指导钻探，提高钻探的目的性、针对性，用钻探验证物探，提高物探的解释精度，从而取得满意的勘察效果。