地震CT(Computerized Tomography)技术又称地震层析成像技术,它借鉴了医学上利用X射线对人体内部器官透射成像来发现病灶的CT医疗诊断方法。该方法经过40余年的发展,到目前已取得了很大进展(杨文采等,1993),在国内亦有不少研究和成功应用的实例(黄金莉等,1994; 金亚荣等,2000)。一方面,地震CT技术能多方位地对目的体进行探测,较常规的地震勘探方法获得更多的信息; 另一方面,地震CT获得的结果是地下介质弹性波速度的空间分布,与电磁波类方法相比,弹性波速度与介质的力学性质的关系要密切得多,因此不仅有利于全面细致地了解探测区域异常体的大小、形态及空间分布,也有利于确定异常性质。笔者介绍了一个利用地震CT技术在复杂岩溶区水库坝基渗漏探测中的实例,供同行参考。

云南文山某水电站坝址区河流总体由南向北流,经约300余米的一条暗河流出坝址区,属岩溶峡谷地貌。坝址区主要出露有二迭系和第四系地层。二迭系(P)下统栖霞组(P1q)岩性为灰色、浅灰色厚层块状灰岩夹生物碎屑灰岩,主要分布于坝址上游和坝址右岸; 上统(P2q)岩性为灰色、灰黑色厚层块状灰岩、燧石灰岩,广泛分布于坝址区内。

坝址区地质构造复杂,主要以断裂构造为主,次级结构(小断层)发育; 坝址区岩溶发育,在0.3 km²的范围内,调查发现共有6条规模较大的溶洞或暗河,溶洞宽一般为10～30 m,高5～20 m,深度50～300 m,洞内崩塌较为发育,钙化胶结一般较少,洞底多充填有粘土和块石等。据钻孔资料和物探资料,坝址区存在有隐伏的溶洞和岩溶管道等岩溶现象。

大坝蓄水至库水位高程达到365 m(设计正常蓄水水位高程为385 m)时,坝后河床中出现3个涌水点,漏水量达3 m³/s,经灌浆处理后,堵住了其中1个漏水点,但还有2个未能堵住。为使渗漏治理工作更具针对性,提高灌浆处理效果,并减少处理成本,我们开展了物探工作,以查明渗漏区基岩节理裂隙和溶蚀裂隙(或溶沟、溶洞)的空间分布。

经室内人工读数与地震CT专用软件分析处理,得到CT1、CT2、CT3 孔之间的地震纵波波速剖面(图3)。

图3 地震CT成像波速剖面图

(1)以CT1孔和CT2孔向左5 m为左右边界,及下层廊道底板之下28 m和70 m为上下边界的范围内,纵波波速只有500～1 200 m/s;

(2)以CT2孔向左4 m和向右3 m为左右边界,及下层廊道底板以下30 m和65 m为上下边界的范围内,纵波波速只有800～1 200 m/s;

(3)以CT2孔向右5 m和CT3 孔向左5 m为左右边界,下层廊道底板之下53 m和70 m为上下边界的范围内,纵波波速只有500～1 200 m/s;

(4)以CT3孔深35 m 和50 m为上下边界,在其左、右各5 m范围内,纵波波速只有800～2 000 m/s。

本次探测工作结束后,根据探测结果,在图3中的各异常区共布置灌浆孔10个。其中4个灌浆孔的单孔灌浆量远大于物探异常区域之外其它单孔的灌浆量; 4个灌浆孔中最小单孔灌浆量达到18.7 t,最大单孔灌浆量达到39.6 t,物探地质解释结果得到了较好印证。

本次物探工作及灌浆验证表明,异常区定位较准确,地震跨孔CT技术是探测地下介质中软弱破碎区的有效手段。同时也应看到,本次工作并没有达到预期目的,虽然异常区灌浆量较大,但库水渗漏情况并未改观,究其原因,岩石张裂隙发育、裂隙间连通性好、破碎、夹砂是形成渗漏通道的必要条件,但不是充分条件,即并不是有此条件就一定是渗漏通道,因此坝体岩溶渗漏通道探测是一个十分复杂的问题,要解决这一问题还需要做很多工作。