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物探在南水北调中线天津干渠勘探中的应用
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内容提示：采用电测深法、地震反射波法、地质雷达技术对天津干渠地层岩性进行探测，基本查明了沿线砂性土与粘性土(大层)的分布特征，满足了任务要求，取得了较好的地质效果。
0 前言
天津干渠是南水北调中线工程的重要组成部分，西起河北省徐水县西黑山村，至天津外环河，全长约154Km。（参考《建筑中文网》）
南水北调中线工程是一项特大型跨流域调水工程，以丹江口水库为水源，从陶岔渠首引水，向华北平原的豫、冀、京、津等省市供水，建成后将有效缓解华北地区日趋严重的水资源危机，促进华北地区的经济发展，并对我国社会经济的发展产生深远影响。
为满足天津干渠初步设计阶段的要求，需对渠线进行物探工作，以了解地表至设计渠底板以下20m范围内岩性分层（平原段注重砂性土与粘性土大层划分）；遇基岩时，了解基岩面高程和岩性。
1 地质概况及地球物理特征
区内由西向东跨越地貌单元有：山前丘陵、山前冲洪积倾斜平原、冲洪积平原和冲积海积平原。下面分述其岩性：
(1) 山前丘陵：下部为蓟县系浅灰色硅质条带白云岩和青白口系页岩、千枚岩、板岩等。上部为第四系红棕色碎石粘土、棕黄色粘土、壤土等。主要分布在西黑山村附近及其西侧。
(2) 山前冲洪积倾斜平原：主要由冲积、湖积、洪积壤土、砂土、粉细砂等组成，有的地段粘性土夹有钙结核或钙、锰质须状物等。分布在西黑山村～京广铁路西侧。
(3) 冲洪积平原：为古河道和河间地块分布，有河流相、湖相、湖沼相，颗粒组成以细粒为主，有粘土、壤土、粉细砂、细砂、中细砂等，一些地段为薄层细砂与壤土互层，且砂层具微型交错层理。分布在京广铁路～霸州。
(4) 冲积海积平原：为海、陆交互地层，以粘土、壤土为主，局部为砂、粘性土互层。分布在霸州以东～天津。
渠线穿越汇水面积较大的河流共8条，这些河流均属海河水系，且多为季节性河流，雨季行洪，旱季多断流。
由西至东，地下水位埋深逐渐减小(渠首20～30m，渠尾1～2m)。其水质由淡水型变为高矿化度的微咸水，矿化度由京广铁路附近的370mg/L，到外环河附近则高达2670mg/L。
综上所述，由于线路较长，各岩层的沉积环境及其空间变化较大，加之地下水矿化度的巨大变化，致使测区岩层的地球物理特征复杂。经综合分析物探试验、实测成果及地勘资料，得各岩层物性参数(见表1)。
表1 岩层物性参数表
| 岩 性 | 电阻率 (Ω·m) | 纵波速度 (m/s) | 密 度 (g/cm3) | 波阻抗 (105g/cm2.·S) | 雷达波速 (m/μS) | 相对介电 常 数 |
| 壤土 (砂壤土) | 15～60 | 300～800 | 1.55～1.80 | 0.46～1.44 | 50～150 | 4～40 |
| 粘土 | 5～30 | 600～1300 | 1.60～1.77 | 0.96～2.30 | 70～170 | 2.6～16 |
| 砂 | 40～600 | 500～1000 | 1.24～1.37 | 0.62～1.37 | 55～80 | 15～30 |
| 白云岩 | 350～2000 | 2800～4000 | 2.60～2.90 | 7.28～11.60 | 80～120 | 7～16 |
| 页 岩 | 300～1800 | 2700～4000 | 2.60～2.85 | 7.02～11.40 | 80～115 | 7～16 |
由表1知，基岩（白云岩、页岩）与第四系地层间具有较大的电性和弹性差异，具备综合物探的物理前提；粘土、壤土（砂壤土）、砂的电阻率、波阻抗、介电常数等具有一定的差异，可用电阻率法、地震法和地质雷达探测。但第四系地层中有些岩层（如砂层）厚度太薄，且多为中间层展布，在电法或地震曲线上反映不明显，难于准确地划分；同时，由于沿线地下水位埋深较浅，尤其是牛亡 牛河以东至天津外环河段地下水位埋深只有2～3m,矿化度较高，使得地下水位以下岩层的物性差异变小，物探分辨率相对降低。
2 物探方法与技术
2.1 电测深法
采用对称四极等比装置(AB/MN=5)，且(AB/2)min=1.5m，(AB/2)max=200m，当地质物探条件变化时，最大极距适当调整。
2.2 地震反射波法
采用单边激发三次覆盖观测系统。工作参数按展开排列确定，选用检波器间距1m，偏移距15m或28m。
2.3 地质雷达
采用剖面法。使用瑞典RAMAC/GPR地质雷达系统。天线中心频率50MHz，收发天线间距2m。
3 资料解释与成果分析
3.1 电测深法
3.1.1定性分析
(1) 曲线类型
该渠线电测深曲线类型可划分为：H、K、QH、HK等主要类型。
H型曲线：主要分布在桩号0+000～8+700、40+000～48+300、65+300～78+900等渠段。其中第一段：曲线首支为表层较干燥或较密实的壤土（砂壤土），中部低阻为粘土或壤土，尾支呈45°角上升，为高阻的基岩（白云岩、页岩）反映。第二和第三段：曲线为第四系地层的反映，首支为较干燥或较密实的表层砂壤土（壤土），中部低阻为粘土或饱水壤土等，尾支一般为壤土类地层，多以15°～30°角上升。
K型曲线：主要分布在桩号48+500～49+400、51+300～52+000、55+500～56+300、57+580～64+330等渠段，均为第四系地层，其曲线首支为表层壤土（砂壤土），中部为地下水位以上的砂（粉、细、中砂），尾支为壤土。
QH型曲线：主要分布在桩号119+700～123+800、128+000～154+000等渠段，首支为表层砂壤土（壤土），中部为粘土，其后为饱水壤土，因其地下水矿化度很高，导致电阻
率降低，尾支虽有上升趋势，但变化不明显，同样为壤土的电性反映。需要说明的是该曲线类型除受岩性影响外，受地下水（高矿化度）的影响尤甚。
HK型曲线：主要分布在桩号13+000～35+800等渠段，曲线首支为表层砂壤土（壤土），中部低阻为粘土或壤土，其后较高阻为地下水位以下砂层（粉、细、中砂），因其含水（矿化度低）及埋深相对较大，故在曲线上只反映出升高趋势，尾支为壤土。
另外，还有少量的HKH型、KH型、D型和G型曲线，以及在均一结构和电性差异甚小的地层中还有一些平直型曲线。
(2) 等视电阻率断面图
通过分析等视电阻率断面图，了解
等值线形态起伏变化及地电特征，判断地质体的分布位置及其空间变化规律。
在渠首地段，等值线表现为：表层为较稀疏的等值线，且视电阻率多为40～70
·m，中部为水平层状的等值线，其视电阻率值较低，多为20～30·m，下部为高阻标志层的白云岩或页岩，等值线密集，其值较高。同时可从等断面图中判别出下伏基岩（白云岩、页岩）顶板随渠线桩号增大而变深。
在第四系地层中，除局部地段的表层电阻率变化较大外，一般渠线表层电阻率幅值变化较小，其等值线分布稀疏，反映了一定厚度的壤土（砂壤土）。若中部有砂分布，等值线幅值变化较大（含水时降低），等值线密集，并出现高阻闭合圈或半闭合圈，依此特征可定性判断砂的空间展布特征及分布范围。
(3) 中间层电阻率的确定
原文网址：http://www.pipcn.com/research/200602/8325.htm
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