摘要 山东省莱芜市沟里水库因长期漏水而无法正常蓄水，主管单位需对库区的基底作工程治理。如何制定治理方案则需要对库区作详细的地质探查。文章主要叙述了以勘查新技术陆地声纳法为主，微分电测深为辅的精细探查能力在水利民生工程中的技术应用。
关键词 陆地声纳法，微分电测深法，库区探查，高分辨率技术，抗干扰新技术，基岩埋深、粘土层埋深、中小断层及溶洞探查。
1 引言：
沟里水库位于山东省莱城区沟里村南，因长期无法正常蓄水需要作库区全面整治，当地水务主管单位通过各方面的调查和分析，确定对水库库区内的基底作详细的地质探查，工作任务是探查库区内的断层、基岩埋深、粘土层埋深及厚度，为后续的治理工程提供有效的探查资料，并根据探查资料为水库治理制定方案，其中粘土层埋深及厚度是工程处理时的必要参数。
2技术方法简介
本项目以陆地声纳法为主、微分电测深为辅做综合物探。选用陆地声纳法为主力方法是其高分辨率的技术特色可以满足业主提出对断层、基岩埋深、粘土层埋深及厚度和可能存在的岩溶发育情况做细致探查的要求。
（1）陆地声纳法
陆地声纳法从1991年由钟世航教授提出到现在的大量应用，在浅层地质勘查中形成独特的技术方法：从10Hz～4000Hz的高宽频有效信息的获取到单点连续剖面法的突破，使其在浅层地质勘查中发挥了新技术的作用。
地震勘探是从探查石油的需要而产生的，经过几十年的发展以很成熟，也是业界使用最多的方法之一，它的工作机制也是被广泛知晓的。但在浅层探查中遇到了诸多难题，如直达纵波、直达横波、面波、声波、折射波的干扰，尤其是在工程物探中无法满足高分辨率精细探查的要求。陆地声纳法是弹性波反射法中的一个新方法，以弹性波勘探理论为基础，全称为“陆上极小震-检距超宽频带弹性波反射单点连续剖面法”，其方法的基本特点及优点是：
①主机频带范围0.1～100000Hz；检波器频带范围0.1～15000Hz；无畸变频响范围为10Hz-4000Hz；
②采用锤击震源能实现0～200m探测深度得到10Hz～4000Hz可用的有效信息；
③数据采集时不受车辆、机械、行人等常规干扰；
④零-震检距单点激发单点接收，数据采集时无需固着检波器，数据采集效率高；同时不受地形影响，在崎岖山地勘查优势凸显；
⑤高宽频的数据采集信息可在后期的资料处理上对频段的选择更加宽泛，可根据工作要求在10Hz-4000Hz范围设置不同的滤波档
⑥图像波形可彩色、灰度显示，直观易懂。
例如对中小溶洞和中小断层的反探测，可将工作主频设在500Hz-2000Hz频率范围。
（2）微分电测深
微分电测深在上个世纪90年代由中国铁道科学研究院钟世航教授发明，是一种分辨率高、精度高的电阻率方法。它的平面布置方式是供电极AB与测量电极MN垂直布置，MN垂直AB移动。AB>2倍探测深度，MN距A点从小到大测点等距移动，根据AM距离确定探测深度。
3 沟里水库探查任务概况：
（1）库区概况：水库内的基岩除东部靠近坝肩有少量石炭系（CB）岩层中为紫红色砂质页岩夹灰岩外，其余均为以灰岩为主的奥陶系中统、下统岩层，包括奥陶系下统的OW（灰色厚层泥晶灰岩、含燧石结核灰岩、豹斑状虫迹灰岩及砾屑生物碎屑灰岩）、OB(灰色厚～中层泥晶灰岩，中下部夹虫迹泥晶灰岩，中部夹含膏溶微晶云泥质灰岩)和奥陶系中统的OG（薄层微晶云泥岩夹白云岩。）、OBd（灰色厚层泥晶质纯灰岩）。奥陶系的可溶岩中节理和小断裂发育，沿这些断裂和岩层层面溶蚀严重，并且发育了许多中、小溶洞。
（2）探测任务，测区及测线、测点布置：针对库区内探查中小断层、中小溶洞、基岩埋深、粘土层埋深及厚度，探测深度0～50m。测线顺库区长轴方向共做了2条纵剖面，分别长1700m和1750m；6条基本横切库区的横剖面，分别长250m～550m；因纵、横测线走的均是非直线，2条纵剖面有大的转折点。纵横剖面均以每50m设一个桩号，并记录纵横剖面的相交点，测区内的坐标点用GPS定位。
（3）参数设置及数据采集
本次工作使用陆地声纳专用设备LDS-3型仪器。按工作要求设置采样率为50000次/秒、采样长度为6000点。采用2检波器工作，50000次/秒相当于采样间隔为20μs，在采用1500HZ的主频时，每周期的波有15个点来表达，分辨率足够。采样率和采样点数共同决定了探查的深度（时窗窗长）。陆地声纳法测点距=震-检距=1m，用4磅锤加激震杆激震，沿测线逐点采集数据，每个测点垂直叠加2次。
共布置微分电测深点16个，MN移动步长（测量分辨率和探查精度）为0.2m，。
4 资料处理及判释
（1）弹性波波速确定
参考探坑资料并通过微分电测深资料确定层深，进而用通过电测深点的陆地声纳法时间剖面上的同一层的反射走时反算波速。取几个点的平均值做定量计算。
（2）综合分析
在资料解释时首先参考探坑资料解释微分电测深点资料，然后综合探坑资料和微分电测深点解释的结果，在陆地声纳法时间剖面图上逐段确定层面。
① 基岩面及粘土层面判释根据陆地声纳法的时间剖面图上层面的同相轴清晰，基岩上方的土层等同相轴层图像明显，在图像中是最易区分的层面；
② 断层的判释根据基岩中反映岩层的反射波同相轴的错断及部分断层的断层面的负相位的反射同相轴确定断层；
③ 溶洞的判释根据陆地声纳法的时间剖面上溶洞的反射同相轴呈双曲线型，易于辨认。
5 探查结果
（1）本测区共8条测线反映库区内中心地区基岩埋深在6.5～10m之间；紧挨基岩面的是灰黑色粘土层，也是库区内原河流流速较缓时或河道流速较缓处的沉积，它应在河流大弯凹岸一侧，或河道靠近河漫滩的地方。因此在库内区不是普遍存在的，其厚度也不稳定。其最厚处可能达2～3m,也可能薄至不足1m，在库区中大部分区段缺少；与人们原想象不同。
（2）库区内小断层较多，断层均以多条近于平行的断裂组成断层带，大多还有与它们交叉的另一倾向的断层相交，其中包括原有地质资料中载明的F2、F3、F4等断层也是如此；
（3）测区共圈定基岩面以下至约深40～50m范围的平面投影线性大于1m的溶洞约320余个，其中平面线性1～2m者177个，2～3m者137个，3～4m者6个，大于4m者1个。基本上属中、小溶洞。仅从测线通过的剖面图上看，溶洞在各测线上分布较均匀。少数溶洞分布较稀密的可能与所处位置的岩性有关。溶洞发育明显与断裂构造相关，部分也与岩面的溶蚀有关。
6.工作结论
（1）陆地声纳法采用接近零震-检距的方法，用锤击振源，激发和接受超宽频带，工作适应性强，分辨率高，是浅层精细探查的好手段，也是水库工程勘查的好手段。
（2）陆地声纳法是弹性波反射的方法，能反映岩层、断层、溶洞等反射面。而微分电测深法的基本原理根据岩层电阻率的不同来进行勘探的方法，它通过电阻率区分岩性，比基于密度和传播速度的弹性波反射法要好，因此两种方法有必要配合使用，这也符合综合物探的原则。
图1 沟里水库纵II测线陆地声纳时间剖面图（长300m一段）
参考文献：
[1]钟世航,孙宏志,王荣.陆地声纳法[M].北京：中国科学技术出版社2012:49-130
[2]钟世航.陆地声纳法—一种弹性波反射新方法[C].中国地球物理学会编:中国地球物理学会第九届年会论文集.北京:地震出版社.1992.11:171
[3]钟世航.极小偏移距高频弹性波反射连续剖面法分辨薄层的能力[C].中国地球物理学会编:中国地球物理学会年刊1995.北京:石油工业出版社,1995:410