西气东输二线输气管道工程牛子岭隧道工程物探勘察报告(A3)

湖南恒基岩土工程有限公司西气东输二线管道工程牛子岭隧道工程物探勘察报告西气东输二线管道工程牛子岭隧道工程物探勘察报告湖南恒基岩土工程有限公司2008年3月 湖南恒基岩土工程有限公司西气东输二线管道工程牛子岭隧道工程物探勘察报告西气东输二线管道工程牛子岭隧道工程物探勘察报告总工程师：审核：校核：编制：工程勘察证书等级：综合甲级证书编号：发证单位：中华人民共和国建设部湖南恒基岩土工程有限公司2008年3月 湖南恒基岩土工程有限公司西气东输二线管道工程牛子岭隧道工程物探勘察报告目一、工作目的1二、物探工作执行的规程、规范1三、测线布设及完成的工作量1四、场地地质概况及地球物理条件11、地形地貌12、工程地质条件23、水文地质条件24、隧址区地球物理条件2五、仪器设备及工作方法21、浅层地震勘察21、1仪器设备21、2浅层地震反射波法原理31、3野外工作方法32、高密度电法勘察32、1仪器设备32、2方法原理32、3野外工作方法4六、资料处理、解释41、浅层地震资料处理、解释41、1波形对比分析41、2反演计算41、3探测深度4录1、4资料解释……………………………………………………….52、高密度电法资料处理、解释52、1反演计算52、2探测深度62、3资料解释………………………………………………….5七、勘察成果61、岩土分层62、不良地质现象73、弹性波测井……………………………………………………....64、围岩等级划分…………………………………………………….6八、结论、建议7 湖南恒基岩土工程有限公司西气东输二线管道工程牛子岭隧道工程物探勘察报告附图：附图1：牛子岭隧道物探测线布置图（地-2116/5）附图2：牛子岭隧道物探综合解释地质剖面图（地-2116/6）附图3：牛子岭隧道进出口横断面物探解释地质断面图（地-2116/7）附图4：测井成果图（地-2116/8） 湖南恒基岩土工程有限公司西气东输二线管道工程牛子岭隧道工程物探勘察报告西气东输二线管道工程牛子岭隧道工程物探勘察报告一、工作目的拟建西气东输二线管道工程路经全国自西向东14个省市、市、自治区，管道沿途翻越天山、秦岭、和江南丘陵等山区地带，根据《西气东输二线管道工程山岭隧道穿越工程初步勘测岩土工程勘察技术要求》（中国石油天然气股份有限公司天然气与管道分公司），我院外业人员于2008年3月1日～3月15日对西气东输二线管道工程山岭隧道穿越工程九江市德安县牛子岭隧道进行了工程物探勘察。勘察主要目的和任务为：①查明覆盖层厚度和基岩起伏形态；②查明隐伏层和破碎带的位置、可能存在的规模大小及展步方向；③查明岩体的弹性波速（纵波）；④查明隧道穿越场区岩体风化层深度、形态及分布范围。二、物探工作执行的规程、规范为确保工程物探勘察工作质量，在野外施工和室内资料综合整理过程中，严格执行了如下规程、规范和技术要求：①、《公路工程地质勘察规范》（TJT064-98）②、《浅层地震勘查技术规范》（DZ/T0170-1997）③、《公路隧道勘察规程》（JTJ063-85）④、《公路工程抗震设计规范》（JTJ004-89）⑤、《水利水电工程物探规程》（SL326-2005）⑥、《综合物化探作业HSE管理规定》（Q/CNPC-BGP.G0222-2002）、《物化探测量规范》（DZ/T0153-95）、《工程地质手册》第四版三、测线布设及完成的工作量本次物探勘察采用的方法为浅层地震反射波法和高密度电法。浅层地震反射波法：在隧道进出口处各布设1条横断面测线（以轴线为中心并垂直轴线），且沿隧道轴线布置勘探线，并向进出口外各延伸100m；高密度电法：沿各隧道轴线布置勘探线，电极极距均为5m，并据地质情况复杂地带加密布置测线。弹性波测井：牛子岭隧道ZK1，ZK2。西气东输二线输气管道工程牛子岭隧道工程物探勘察工作量一览表工作方法工点测线里程剖面长度（m）检波点.炮备注地震勘探牛子岭隧道隧道轴线801.321602见注①进口横断面115230出口横断面115230合计　1031.322062工作方法工点测线里程剖面长度（m）物理点备注高密度电法牛子岭隧道隧道轴线801.322663见注②合计　801.322663　工作方法工点孔号孔深测点(个)备注弹性波测井牛子岭隧道SK10孔5050见注③　SK12孔5050　合计　100100　注①：检波点、炮点为24道检波器，4次覆盖，5米道间距；注②：高密度电法为60个电极，相邻的两个剖面重合30个电极。注③：弹性波测井间距为1m。本次物探勘察浅层地震反射波法剖面总长为1031.32m，高密度电法剖面总长为801.32m，弹性波测井2个孔具体工作量详见西气东输二线输气管道工程牛子岭隧道工程物探勘察工作量一览表。四、场地地质概况及地球物理条件1、地形地貌牛子岭隧道穿越位置位于德安县，隧道进口地形标高为67.97m；出口地形标高为117.75m7 湖南恒基岩土工程有限公司西气东输二线管道工程牛子岭隧道工程物探勘察报告,隧道洞身最高处为点甲岭山脉南西段山脊。隧道通过地段地形起伏较大，植被较发育，通视条件较差，为丘陵地貌单元。地表有坡、残积土等覆盖，灌木、杂草丛生。2、工程地质条件钻探及地质区域调查基础资料表明：牛子岭隧道岩土层可划分为：残积土（含全风化层），强风化页岩层、强风化砂质板岩层，中风化砂质板岩层以及微风化硅质岩层。3、水文地质条件隧址区内水的分布形式可分为地下水和地表水两类。地表水主要汇集排泄汇水范围内的大气降雨和地下水的直接渗流，水量较大，最后直接注入河流。地下水主要为裂隙水，赋存于基岩的裂隙中，主要接受大气降雨的垂直入渗和区域迳流补给。4、隧址区地球物理条件依据地球物理方法特点，隧址区自上而下地层可分为松散覆盖层、强风化层和中风化层和微风化层。四个层位的电阻率和弹性波速差异较大，为开展物探具备了依据。(1)松散覆盖层松散覆盖层主要为砂岩坡、残积土，全风化层等，土质松散，稳定性差；该层电阻率和弹性波较低。(2)强风化层强风化层主要为页岩和砂质板岩强风化层，岩质松散，节理、裂隙极度发育，稳定性差；该层电阻率和弹性波速均高于松散覆盖层，低于中风化层、微风化层。(3)中风化层中风化层主要为中风化砂质板岩等，节理裂隙发育，岩体较破碎；该层电阻率和弹性波值都较强风化层高。视电阻率和弹性波速均随风化强度减弱逐渐增高。(4)中风化层微风化层主要为微风化硅质岩，节理裂隙不发育，岩体较完整。该层电阻率和弹性波值都较中风化层高。视电阻率和弹性波速均随风化强度减弱逐渐增高。在存在构造破碎带的地段，构造破碎带与围岩的视电阻率有较大的差异，较易识别，用高密度电法工作效果较明显。综合上述分析，场区内分布松散覆盖层、构造破碎带、下伏基岩在波速及电阻率方面均存在着较明显的差异，这为地球物理勘察提供了较好的物性条件。五、仪器设备及工作方法1、浅层地震勘察和弹性波测井1.1、仪器设备本次勘察使用美国EG＆G公司（劳雷）生产的NZXP二十四道地震仪，其主要性能指标以下：24道记录道数，3位瞬时浮点放大器；22位Ａ／Ｄ转换；126分贝动态范围；小于0.01%谐波失真；通带范围3-4000Hz；24道记录道数；采样率：10-2000µs；全数字化信号增强。弹性波测井使用NZXP地震仪接收弹性波信号，使用重庆地质仪器厂生产的三分量检波器。7 湖南恒基岩土工程有限公司西气东输二线管道工程牛子岭隧道工程物探勘察报告图1NZXP24浅层地震仪1.2、浅层地震反射波法和弹性波测井原理地震反射波法勘察是利用人工激发地震波在岩土介质中的传播规律，探测浅部地质构造或测定岩土物理力学参数、进行物性分层、寻找构造带的一种较成熟的地球物理勘察方法。浅层地震反射波法是国内外公认的具有较高精度的一种物探方法。根据波动理论，当人工激发产生的地震波在向地下介质中传播时，由于不同的岩土层具有不同的波阻抗差异，当地震波经过具有不同波阻抗差异的界面时，产生反射和折射现象，应用专门的仪器记录各种波的传播时间和特征，经数据处理后，便可获取岩土层、构造断裂带的反射信息，从而解决相应的工程地质问题。弹性波测井是利用井下帖壁检波器接收来自地表钻孔位置锤击发出的弹性波信号，根据初至波到达检波器两个位置所需的时间差，计算检波器所在区间岩土层的波速。1.3、野外工作方法（1）测线布设：纵剖面根据中桩定位和定方向，用测绳结合手持GPS定距离，横剖面根据中桩定位，测线定距离。当测线经建筑物或其他障碍物不便施工时，稍有偏移。测线布置见附图地-2116/5。（2）地震勘测：根据本工程的任务要求，为了确保勘察质量和解释成果可靠，浅层地震反射法采用24道接收，道间距5m。偏移距20m，每个排列移动3个检波器，4次叠加覆盖。本次反射波勘探震源采用雷管炸药激发，采样间隔0.25ms，采样长度0.512s，检波使用固有频率100Hz的垂直检波器。（3）弹性波测井。用三分量检波器放入井中测点位置，在井口用24磅重锤敲击激发弹性波，测点距1米。2、高密度电法勘察2.1、仪器设备本次高密度电法勘察采用中装集团重庆地质仪器厂生产的DUK-2高密度电法测量系统，其主要性能如下：电压测量范围±6V；电压测量精度±1%；电流测量范围0-5A；电流测量精度±1%；输入阻抗≥50MΩ；50Hz工频压制≥80dB。图2DUK-2型高密度电法仪2.2、方法原理7 湖南恒基岩土工程有限公司西气东输二线管道工程牛子岭隧道工程物探勘察报告高密度电法是日本地质计测株式会社提出并发展起来的一种新型的电阻率方法，由于高密度电法可以实现电阻率的快速采集和现场数据的实时处理，从而改变了电法的传统工作模式。它集电剖面和电测深于一体，采用高密度布点，进行二维地电断面测量，提供的数据量大、信息多，并且观测精度较高、速度快，是寻找构造破碎带、断层及划分电性差异较大介质界面最直观而有效的物探方法之一。采用高密度电法勘察时需具备的条件：(1)被探测目的层相对于埋深和装置长度具有一定规模并近水平延伸，被探测目的体相对于埋深和装置长度有一定的规模，被探测目的层与相邻地层之间或目的体与周围介质之间有电性差异，电性介面与地质界面相关；(2)接地良好；(3)被探测目的层或目的体上方没有极高电阻屏蔽层和极低电阻产生电流的趋肤效应；(4)各地层或地质体电性稳定，异常范围和幅值等特征可以被测量和追踪；(5)测区内没有较强的工业游散电流、大地电流或电磁干扰。2.3、野外工作方法（1）测线布设：纵剖面根据中桩定位和定方向，用测绳定距离，横剖面根据中桩定位，测线定距离。见附图地-2116/5。（2）本次高密度电法勘察采用温纳-施伦贝尔装置，60道电极测量，供电时间0.5s，在相邻的两个剖面之间重合30个电极，测量前进行接地电阻检测，本次电法勘探接地电阻均小于2kΩ·m。六、资料处理、解释1、浅层地震资料处理、解释1.1、波形对比分析(1)、波形的同相性。由于同一界面反射的有效波到达相邻两个检波点的路径是相近的，因而有效波的相同相位到达相邻道的时差很小，所以在记录上同相轴（相同相位的连线）应该是平滑且有一定的长度。一般每一个有效波都有几个振动极值，所以每一个有效波可以有几个彼此近似于平行的同相轴。(2)、波形的相似性。同一界面的有效波在相邻道上振动图形，一般是相似的。(3)、振幅变化的规律性。在高质量的地震记录上，当有效波的能量大于干扰波背景的能量时，它的到达使振幅显著地增强。有效波的能量强弱与界面上、下两种介质的波阻抗差异、界面的形状、介质的岩性以及波的传路径等因素有关。属于同一界面的有效波沿测线的振幅衰减是缓慢的，而来自不同界面的有效波，振幅常有一定的强度差异。由于岩性条件的差异、激发接收条件变化、干扰波的影响以及仪器等因素影响，会使有效波的上述标志发生畸变。1.2、反演计算解释程序为核工业北京地质局研发的HC6反射波反演解释软件。其解释流程见图3。经过上述解释处理后，可获取各层速度值和各反射点的深度与接收时间，经过处理，换算为该反射点的竖向深度，然后输入到CAD软件成图。1.3、探测深度记录剖面的时间深度为0.512s（采样间隔0.25ms，记录长度4096样点），从S=V×T知道勘探的深度大大超过需要勘察的深度。从本次勘察所采用的震源能量和勘察剖面（本次勘察采用24道检波器）均达到了勘察深度的需要，在资料处理中均对各个地质层面均有良好的反映。所以本次地震勘察的探测深度可以达到隧道地板的深度。7 湖南恒基岩土工程有限公司西气东输二线管道工程牛子岭隧道工程物探勘察报告图3反射波法处理流程图1.4、资料解释T1-1T2-2从图4牛子岭隧道地震纵波反射时间剖面图来看，可识别且能连续追踪的有效反射T3T2-1图4牛子岭隧道反射波时间剖面图波组主要有4个，为T1、T2-1、T2-2和T3反射波组。根据双层走时及对应的扫描速度计算，反射波组T1，反射能量弱，总体连续性较好，反射特征明显，推测为松散覆盖层与强风化层界面反射，界面速度1930～2970m/s。反射波组T2-1，反射能量稍强，总体连续性较好，反射特征明显，推测为微风化硅质岩与强风化页岩层界面反射，界面速度3550～4680m/s。反射波组T2-2，反射能量稍强，总体连续性较好，反射特征明显，推测为强风化砂质板岩与中风化砂质板岩层界面反射，界面速度3150～4280m/s。界面反射T3波组分布于基岩内部，推断为岩面以下各地质分层面的强反射。在NZSA+320m～370m位置有异常点处，纵波反射时间剖面基岩中风化顶面的反射波组（见图4粉红色线条标注）出现突变，反射同相轴错断的现象。T1波组以上的同相轴连续，能量较弱，未见明显错断。推断D2异常点为硅质岩与砂质板岩岩性分界处。2、高密度电法资料处理、解释2.1、反演计算同向轴错断高密度电法资料处理先将仪器内的测量数据通过传输软件传输到计算机中，运用RES2DINV高密度电法反演软件进行坏点删除、地形校正、格式转换及反演计算等步骤，可直接绘制成电阻率等值线图。在等值线图上根据电阻率值的变化特征，结合钻探、地质调查资料作出地质解释，最后利用绘图软件AutoCAD绘制出物探成果解释图。（详见图4：高密度电法解释流程图）。7 湖南恒基岩土工程有限公司西气东输二线管道工程牛子岭隧道工程物探勘察报告图5高密度电法资料处理流程图2.2、探测深度勘察剖面的测点距的长短，测量电极的多少，决定了剖面长度就不同，也就决定了勘察深度的不同。本次勘察中，所有剖面的电极距均为5m，60道测量电极，剖面最大长度为295m，最大勘察深度达到80～120m。2.3、资料解释从图6牛子岭隧道高密度电法等值线图上看，牛子岭隧道电阻率等值线整体连续，松散覆盖层视电阻率ρs=30～80Ω·m，强风化层视电阻率ρs=60～120Ω·m，微风化硅质岩视电阻率ρs=120～180Ω·m，中风化砂质板岩视电阻率ρs=120～250Ω·m；未发现有往下延伸的、类似构造的低阻体，推测牛子岭隧道穿越区域无地质构造或其它不良地质条件。NZSA+320m～370m深部电性变化较大，结合反射波时间剖面图，推断该处为中风化砂质板岩与微风化硅质岩岩性分界点。岩性分界图6牛子岭隧道高密度电法等值线图七、勘察成果通过对本次物探资料的处理、解释，结合地质资料，将勘察区地层分为松散松散覆盖层、强风化层和中风化砂质板岩层、微风化硅质岩层，划出三个地层的分界面，对各岩土层的地程地质条件推断如下。1、岩土分层（1）松散覆盖层：自上至下主要由残坡积土及全风化、少量强风化碎块等组成，土体松散，一般分布厚度3～10m，在隧道进口以及出口处较厚，可达15m。根据剖面曲线，视电阻率ρs=30～80Ω·m，纵波波速Vp=720～1930m/s。（2）强风化层：为强风化页岩、强风化砂质板岩等，节理裂隙极其发育，岩体较破碎，埋深为5～12m。根据剖面曲线，结合已有的钻孔资料和弹性波测井资料，强风化页岩视电阻率ρs=60～120Ω·m，纵波波速Vp=1930～2650m/s；强风化砂质板岩视电阻率ρs=60～160Ω·m，纵波波速Vp=2150～2970m/s；（3）中风化层：为中风化砂质板岩层，节理裂隙较发育，岩体较完整。中风化砂质板岩视电阻率ρs=140～250Ω·m，纵波波速Vp=3150～4280m/s。7 湖南恒基岩土工程有限公司西气东输二线管道工程牛子岭隧道工程物探勘察报告（4）微风化层：为微风化硅质岩层，节理裂隙不发育，岩体较完整。根据剖面曲线，结合已有的钻孔资料和弹性波测井资料，微风化硅质岩视电阻率ρs=120～180Ω·m，纵波波速Vp=3550～4680m/s。综合解释成果见附图地-2116/6。2、不良地质现象纵剖面作高密度电法和浅层地震反射波法，隧道进出口横断面做反射波勘探；纵线及横断面反射波图波形同轴连续性均较好；从电阻率等值线图上看，深部电阻率变化平稳，未发现有垂向低阻体存在，综合解释推断在隧道洞身纵剖面以及隧道进出口横断面上没有大的地质构造异常体，该隧道进出口及隧道洞身地质条件较好；但该隧洞穿越区域电阻率整体较低，电阻率值仅120～250Ω·m，物探推断隧洞穿越区域基岩节理、裂隙较为发育，节理、裂隙富水。3、弹性波测井共测2个钻孔。测井结果较明显地反映了不同岩性界线的弹性波速度，填土和残积土波速较低，大多在1500m/s以下，全风化与强风化稍高，但一般小于2500m/s，各孔有一定差异，但基本在同一个范围，中风化较强风化有一个较大的变化，强风化与中风化的区别在弹性波速度方面与野外地质鉴别方面不同，前者更侧重于岩石的密实度。实际的区分结果两种方法比较一致。中风化与微风化在弹性波速度上有一定的区别，但在交界处没有明显的突变。测井结果见附图地-2116/8。4、围岩等级划分根据《油气田及管道岩土工程勘察规范》SY/T0053-2004附录F中表f.2.1围岩基本分级标准，划分牛子岭隧道围岩级别：1、NZSA+0.00～NZSA+3.30m，碎石土，围岩级别为Ⅴ级；2、NZSA+3.30m～NZSA+10.00m，强风化页岩，围岩级别为Ⅳ级；3、NZSA+10.00m～NZSA+324.80m，微风化硅质岩，围岩级别为Ⅲ级；4、NZSA+324.80m～NZSA+574.00m，中风化砂质板岩，围岩级别为Ⅲ级；5、NZSA+574.00m～NZSB+593.00m，强风化砂质板岩，围岩级别为Ⅳ级；6、NZSA+593.00m～NZSB+601.32m，碎石土，围岩级别为Ⅴ级；见牛子岭隧道纵剖面物探解释地质剖面图地-2116/6。八、结论、建议1、根据测井资料、剖面资料结合钻探资料较为准确地划分出了测区的不同层位的岩层，松散覆盖层、强风化层和中、微风化层，从物性上比好地补充了钻孔资料的不足，其结果可作为设计的参考依据。划出了各层的电阻率，弹性波速度为判定围岩级别组织工程施工提供了相关参数。2、牛子岭隧道物探勘察结果未发现有明显的断裂构造以及大规模破碎带，该隧道隧洞穿越位置电阻率整体较低，推断基岩整体节理、裂隙稍为发育，节理、裂隙富水。7