李波

(中化地質(zhì)礦山總局黑龍江地質(zhì)勘查院)

探究工程地質(zhì)勘探中常用的工程物探技術(shù)

李波

(中化地質(zhì)礦山總局黑龍江地質(zhì)勘查院)

工程物探科學技術(shù)密切結(jié)合了實際建筑施工情況，現(xiàn)已成為地球物理的關(guān)鍵組成.全面介紹當前工程地質(zhì)勘探工作里使用頻率比較高的工程物探方法機理、實施方法、數(shù)值記錄處理方法，并結(jié)合實際應(yīng)用開展研究，為后續(xù)科研工作提供參考依據(jù).

工程物探;工程建筑施工;工程勘探;應(yīng)用

0 引言

工程地質(zhì)勘探旨在探測擬建筑施工工作環(huán)境的地下巖土體狀況，其中包括未明情況物體、地質(zhì)構(gòu)造斷裂地區(qū)、地下水文情況等物理性質(zhì)、化學狀態(tài)及地理分布等工程特征，進而根據(jù)設(shè)計、建筑施工部門提出指導(dǎo)意見.各物探方法均具備不同的技術(shù)優(yōu)勢和限制標準，測量精度會受到環(huán)境因素影響而存在誤差.為得到準確的部署勘測工作信息，所以必須盡力同時選取多種不同的物探方法，對部署勘測工作的結(jié)果開展比對研究分析.

1 工程物探技術(shù)簡介及使用必要性

1.1 工程物探技術(shù)簡介

工程物探應(yīng)用計算機技術(shù)，是根據(jù)物質(zhì)差異性開展間接的物理勘探工作，來了解地下介質(zhì)的分布，提供勘測數(shù)值記錄有效方法.其開展過程不僅必須電性、磁性和彈力相關(guān)力學性質(zhì)諸多物理性質(zhì)差異進行工作，還必須電場、磁場和電化學場隸屬于物理場的環(huán)境，開展勘探工作.工程物探技術(shù)設(shè)備較輕便，在使用過程中不易受外界干擾，能收集到相當多的數(shù)值記錄，實效性很強，分布范圍廣泛.運用較大面積的勘探工作，不僅滿足了多種地形、地質(zhì)條件的勘探標準，還可以為工程建筑施工提供數(shù)據(jù)記錄情況，來保證建筑施工品質(zhì).工程物探技術(shù)方法具有一定局限，使用時候需要根據(jù)建筑施工環(huán)境標準開展綜合利用，這樣才能提高工作效率.

1.2 工程物探技術(shù)在工程中使用必要性

經(jīng)濟發(fā)展受到了物流運輸?shù)膲毫?，工程建筑施工?yīng)運而生.區(qū)域經(jīng)濟交流發(fā)展形成巨大壓力，工程建筑施工過程中，建設(shè)團隊在壓縮工程情況下提高了建筑施工的工作，建筑施工速度大大加速，但必須保證工程建筑施工安全.在這一發(fā)展標準下，必須對路基開展品質(zhì)把關(guān)，準確把握和分析其地形、地質(zhì)條件，應(yīng)用有關(guān)數(shù)值記錄開展檢測，以保證路基穩(wěn)定性，以及建筑施工使用過程的安全性.

工程物探技術(shù)在工程建筑施工中保證準確、質(zhì)量，在保障建筑施工安全中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，可短時間內(nèi)就能夠為工程建筑施工決策提供科學參考.利用儀器也可以準確分析出所針對的工程地形、地質(zhì)環(huán)境情況，并進一步對巖層結(jié)構(gòu)開展分析，總結(jié)環(huán)境影響的危害等.工程物探技術(shù)彌補傳統(tǒng)勘探易受影響和干擾的特點，數(shù)值記錄不準確及儀器設(shè)備移動較困難缺點，勘探時間比較少，精準度提高，借助高新尖端的技術(shù)，可以減少人力投入，降低工程造價.工程物探技術(shù)由此作為新型勘探技術(shù)，需加強相關(guān)設(shè)備的維護工作，結(jié)合傳統(tǒng)的技術(shù)，提高工作效率，用于確保工程建筑施工品質(zhì).

2 常見工程用物探技術(shù)

2.1 直流電阻率法

工程地質(zhì)勘探中存在物體埋深不大的情況，開展電法勘探情況時，多為點距、密度有較高要求的采集，這時用常規(guī)開展工作就會使建設(shè)效率不高，如今地下探測最常用為電阻率法.這種方法開展了地電斷面測量，具有常規(guī)剖面法等功能，敷設(shè)后能夠開展上百記錄點觀測，信息量很大、建設(shè)效率高.數(shù)值記錄經(jīng)自動采集系統(tǒng)采集后，需要經(jīng)由處理實現(xiàn)數(shù)據(jù)記錄情況現(xiàn)場實時改變，根據(jù)必須自動打印的成果圖件，提高電阻率法工作程度，適合一般勘探中對地下探測.總電極數(shù)和點距等屬性，根據(jù)工作環(huán)境等任意選擇，掃描測量.電阻率斷面可以是梯型剖面，其中變斷面連續(xù)的電阻率斷面是屬于平行四邊形.這種電阻率法數(shù)據(jù)記錄情況分析方法由如下組成部分，邊界法、有限法等方法，不同方法各有不同特點，根據(jù)土壤的具體形態(tài)可以進行選擇.部署勘測工作使得電法部署勘測工作的野外數(shù)值記錄工作，出現(xiàn)了質(zhì)提高，數(shù)據(jù)記錄情況信息的豐富程度大大提升，部署勘測工作程度也進步很多.石灰?guī)r基巖面實例如下:某地的工程地質(zhì)勘探有鉆孔四個，地層分別是砂卵石層、含礫層等.砂卵石層厚度變化很小，但巖面起伏十分明顯，左部地區(qū)鉆孔最淺處埋深最小，往右依次增大，最右部地區(qū)鉆孔仍然不能見到基巖，但灰?guī)r完整，溶蝕現(xiàn)象并不常見.開展建設(shè)時，發(fā)現(xiàn)巖面相差不小，溶洞現(xiàn)象嚴重.為了進一步勘測地下基巖面情況，布設(shè)了四條有效測線，經(jīng)由已有鉆探來選取參數(shù)，校正相關(guān)數(shù)值，得出了最后的成果，看出灰?guī)r視相關(guān)性質(zhì)，巖面呈一定起伏分布，溶洞的現(xiàn)象十分明顯，最右部地區(qū)基巖非常深，大于50m.實驗得出的結(jié)論和實際情況吻合.

2.2 地震部署勘測工作法

部署勘測工作利用了彈力相關(guān)力學性質(zhì)波需要，處于不同地殼，開展傳播規(guī)律對形態(tài)的分析方法，彈力相關(guān)力學性質(zhì)波波動在界面時出現(xiàn)折射和反射.巖層中開展的彈力相關(guān)力學性質(zhì)波是地震波.把炸藥當作地震源的話，地表層面開展時，震源附近出現(xiàn)破裂，而且震源遠的地區(qū)地貌會在一定物理因素影響下彈力相關(guān)力學性質(zhì)變形，其在產(chǎn)生時候，會出現(xiàn)相異的形變結(jié)構(gòu)，如此，隨著彈力相關(guān)力學性質(zhì)結(jié)構(gòu)逐漸消失，巖石就會隨之恢復(fù)正常.但是在這一過程也會伴隨著彈力相關(guān)力學性質(zhì)結(jié)構(gòu)變化，各個質(zhì)點之間也存在著一定聯(lián)系，質(zhì)點在移動過程中會圍繞移動，地質(zhì)間移動形成了地震波動.操作人員必須將產(chǎn)生的數(shù)值全部記錄下來，可以對礦產(chǎn)資源深度開展深度分析.

2.3 重力部署勘測工作

重力部署勘測工作法是以力學定律為理論基礎(chǔ)，它是利用組成巖體、礦體間差異所引起地表變化而開展地質(zhì)部署勘測工作方法.應(yīng)用必須部署勘測工作地質(zhì)體與其周圍巖體具有差異，具備要求就是需要查找出來異常，同時勘測地區(qū)地質(zhì)情況和其他數(shù)據(jù)記錄情況作為指導(dǎo)，開展定量和定量科學推導(dǎo).據(jù)此得出結(jié)論，覆蓋層以下的構(gòu)造情況和礦體位置.

2.4 地質(zhì)雷達

以輕便、抗干擾不低的物探方法特點，被廣泛地應(yīng)用于地質(zhì)部署勘測工作、公路品質(zhì)、考古等領(lǐng)域.分辨率主要和頻率、距離、方向等參數(shù)及電性、電磁波的傳播速度有關(guān).方式主要有剖面法和寬角法.第一種方法是發(fā)射天線，根據(jù)固定間隔，同步移動，得到不同的記錄，記錄是地下探測的時間剖面，需要準確反映地下物體的效果變化情況.觀測則是一個天線固定不動，而另一天線沿測線移動，經(jīng)由記錄地下不同層面反射波雙程走時而求取傳播速度、地下介質(zhì)電性.地質(zhì)雷達數(shù)據(jù)記錄情況處理相似，可應(yīng)用數(shù)字等技術(shù)手段開展，具備專門處理的軟件.雷達配合鉆探地下探測實例如下:某地區(qū)廠區(qū)內(nèi)部分地面出現(xiàn)了不良地質(zhì)問題，懷疑地下存在溶洞，開展部署勘測工作，地下物體形狀，純粹鉆探，費時費力甚至不能收到良好效果.

2.5 瞬變電磁測深法(TEM)

近幾年來，部署勘測工作分支方法，它利用采集數(shù)值記錄求取各個測點在不同深度做出剖面圖，進而利用視電阻率定位地下物體幾何形態(tài).除了具有電磁學方面的優(yōu)點，而且其圖像較為清晰明了，方便快捷、地形影響不大.在一些工作環(huán)境狹窄，方法難于開展的地方，采用這種方法能夠取得好效果.因為方法探測采取較為簡單的方法增強信噪比和深度.這些優(yōu)點使其在工程相關(guān)領(lǐng)域獲得了較為廣泛的應(yīng)用.方法簡單，野外逐點測量就滿足需要，野外數(shù)值記錄經(jīng)由專門系統(tǒng)開展校正，這樣能夠得到反映地下結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)圖像.

3 物探方法在工程地質(zhì)勘探中的應(yīng)用

3.1 測區(qū)概況

擬建東西約50m，南北約330m，擬建工作環(huán)境靠近陜西一斷裂地帶，約100 m，斷裂不是全新的活動斷裂，經(jīng)由詳勘，工作環(huán)境的南部地下15.2m和32.8m的深度有空穴和人工填土，工作環(huán)境北部地區(qū)地下15.2～23.6m，分布了較深的空洞，其頂部底部都分布土壤，該工作環(huán)境在20m深度以下分布墓葬等遺跡，物探工作由于工作環(huán)境條件的局限，南北部地區(qū)工作環(huán)境布置一定技術(shù)方法，地震面波法得到廣泛布置.

3.2 地球物理特征

測區(qū)地表為第四系填土，地層依次為第四系上更新統(tǒng)風積土壤、殘積古土、中更新統(tǒng)沖積土、殘積古土及下更新統(tǒng)土、殘積古土，根據(jù)電性特征等要素，地下空洞顯示出較高高阻，第四系人工土以及土壤均低阻，物理性質(zhì)條件滿足實驗要求.地下介質(zhì)密度越大，波速正比，同時，密度越小，波速正比，地下空洞可以密度較低，波速分層的斷面出現(xiàn)低波速拐點，地下空洞越明顯，拐點越尖銳，可以應(yīng)用不同的物探技術(shù)開展探測和識別技術(shù).

3.3 物探成果綜合解譯

工作環(huán)境內(nèi)主要人工土、上中更新統(tǒng)風積土和殘積土壤，經(jīng)由等值線圖分析，和工作環(huán)境內(nèi)鉆探數(shù)據(jù)記錄情況對比，干燥土的阻率一般在100～300 Ω·m，黃土的阻率一般在20～50 Ω·m，古土的阻率在30～100 Ω·m，空洞異常情況時有發(fā)生.南部地區(qū)工作環(huán)境分布有多個相對高阻區(qū)域，都是南北軸向比東西方向要大得多，地下空洞可能是南北向分布，和工作環(huán)境也有地質(zhì)數(shù)據(jù)記錄情況吻合，西北角區(qū)域是受人工土影響.其中某些高阻閉合異常的地區(qū)，和空洞位置重合的.北部地區(qū)工作環(huán)境分布有一個相對高阻區(qū)域，東西軸向比南北向大，經(jīng)過實驗，的確存在粘性土充填過東西向開展的部分.地震面波地下傳播，介質(zhì)密度與波速成正比，地下空洞密度較低，波速斷面上也出現(xiàn)低波速區(qū)域，地下空洞顯著，拐點越尖銳，波速平面圖可以反映出低波速區(qū)域.地下空洞密度低，對比分析出具備高密度成果的異常位置.也就是說，一定程度上，多種方法共同作用可以提高成果的準確程度.

3.4 物探方法在工程勘探過程中應(yīng)用效果

在城市工程建筑施工的過程中，可以采用多種方法，比如高密度電阻率法、地震面波法和瞬變電磁法等，對于地下探測具有較好的成果.前兩種方法更為直觀，效率也很高，制約的條件較少，第三種方法的工作效率比較低，現(xiàn)場易受到制約，工作環(huán)境平整情況不良，車輛及現(xiàn)場建設(shè)機械易造成干擾和一定的影響.

4 結(jié)束語

工程物探技術(shù)在工程建筑施工過程中在彌補傳統(tǒng)方法的不足方面具有良好的特點，對于隧道等可以達到準確勘探的效果，精準度有所提高，傳統(tǒng)方法進一步結(jié)合和開展，兩者優(yōu)勢相互補充，利于眾多工程建筑施工的進一步發(fā)展和推行.

［1］肖柏勛，凡有華，劉家奇.瑞雷波部署勘測工作方法研究現(xiàn)狀分析［J］.工程物探，2002(2):138.

［2］閆述，石顯新，陳明生.瞬變電磁法的探測深度問題［J］.地球物理學報，2009，52(6):1583－1591.

［3］鐘小飛，張鵬.物探方法和鉆探方法相結(jié)合在工程地質(zhì)勘探中的應(yīng)用［J］.江西建材，2013(6).

Exploration of Engineering Geophysical Prospecting Technology in Engineering Geological Exploration

Li Bo

(China Chemical Geology and Mine Bureau Heilongjaing Geological and Exploration Institute)

The engineering geophysical exploration combined with the actual construction situation，has become the key of geophysics.The mechanism of engineering geophysical methods based on the current engineering geological exploration work in the relatively high frequency of use the implementation of the method，numerical record processing methods are introduced.Combined with the research on the practical application，and a reference for further research work is provided.

Engineering geophysical exploration;Engineering construction;Engineering exploration; Application

P62

:A

:1000－5617(2017)01－0111－03

(責任編輯:李家云)

2016－11－12