（浙江土力工程勘測院，浙江 湖州 312000）

淺析物探在不良地質(zhì)探測中的應(yīng)用

王恒華

（浙江土力工程勘測院，浙江 湖州 312000）

科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，使得物探技術(shù)在地質(zhì)探測中使用得到了可能。在進(jìn)行工程施工的過程中，往往會遇到不良地質(zhì)，若不能清楚的知曉地質(zhì)的情況，則將會給施工帶來很大的風(fēng)險。探討物探在不良地質(zhì)探測中的應(yīng)用，有助于物探技術(shù)精準(zhǔn)性的提升。本文從探測方法出發(fā)，探討了物探的特點(diǎn)以及在實際工程的應(yīng)用，為物探技術(shù)的推廣使用提供參考。

物探；不良地質(zhì)體；應(yīng)用；地震映像法

物探技術(shù)的探測方法種類較多，各有優(yōu)勢。對于不良地質(zhì)的探測，地震映像法是一種較為簡便有效的探測手段。因為地質(zhì)復(fù)雜性會導(dǎo)致地震映像法實施的復(fù)雜性，所以文中通過建模的方法，充分反映了該模型的波場特征，則在野外進(jìn)行不良地質(zhì)的探測的時候，可以用此方法進(jìn)行指導(dǎo)。

1 探測方法技術(shù)

物探即是地球物理勘探，它是利用物理學(xué)的原理和方法，對地球的各種物理場分布及其變化進(jìn)行觀測，探索地球本體及近地空間的介質(zhì)結(jié)構(gòu)、物質(zhì)組成、形成和演化，研究與其相關(guān)的各種自然現(xiàn)象及其變化規(guī)律。在此基礎(chǔ)上為探測地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)與構(gòu)造、尋找能源、資源和環(huán)境監(jiān)測提供理論、方法和技術(shù)，為災(zāi)害預(yù)報提供重要依據(jù)。物探常利用巖石的物理性質(zhì)有：密度、磁導(dǎo)率、電導(dǎo)率、彈性、熱導(dǎo)率、放射性，與此相應(yīng)的勘探方法有：重力勘探、磁法勘探、電法勘探、地震勘探、地溫法勘探、核法勘探。具體在實際的工程勘探，施工過程中應(yīng)用較多的是電法勘探中的電測深法即電阻率測深法，磁法勘探中的地質(zhì)雷達(dá)電磁波成像法，還有地震勘探中的淺層地震儀法。

1.1 電阻率測深法

電阻率測深法是電法勘探中的一種，它是在地面的一個測深點(diǎn)上，通過逐次加大供電電極,AB極距的大小，測量同—點(diǎn)的、不同AB極距的視電阻率ρS值，研究這個測深點(diǎn)下不同深度的地質(zhì)斷面情況，在工程中應(yīng)用也比較普遍。通常情況來說，只要探測深度范圍內(nèi)的巖石體與地面的測深點(diǎn)之間在電阻率上存在差異，就可以利用這一差別來進(jìn)行探測，就能夠知道探測深度范圍內(nèi)的地質(zhì)情況。例如，隧道開挖前，都會對巖體地質(zhì)情況做一個詳細(xì)的勘探。倘若巖體中存在比較大的裂隙或者是空洞，顯然裂隙或是空洞的地方的電阻率與巖體表面的電阻率是存在很大差別的。

1.2 地質(zhì)雷達(dá)電磁波成像法

地質(zhì)雷達(dá)是利用超高頻電磁波探測地下介質(zhì)分布，通過發(fā)射機(jī)發(fā)射一定大小的頻率和脈沖電磁波訊號。當(dāng)訊號在巖層中遇到探測目標(biāo)時，會產(chǎn)生反射訊號。等到訊號和反射訊號通過接收天線輸入到接收機(jī)，放大后由示波器顯示出來。根據(jù)示波器有無反射汛號，可以判斷有無被測目標(biāo)；根據(jù)反射訊號到達(dá)滯后時間及目標(biāo)物體平均反射波速,可以大致計算出探測目標(biāo)的距離，從而來大致描繪地下的結(jié)構(gòu)形式及組成。

1.3 淺層地震儀法

淺層地震儀又稱工程地震儀，一般是指勘探深度近數(shù)百米范圍內(nèi)的地震勘探儀器，其廣泛用于礦產(chǎn)、水文地質(zhì)、工程地質(zhì)等領(lǐng)域，其工作原理和地質(zhì)雷達(dá)電磁波成像法基本類似。盡管以上兩種方法在一定程度已經(jīng)能夠解決大部分問題，但是也會存在盲點(diǎn)。根據(jù)實踐經(jīng)驗表明，電法勘探主要還是適用于巖體阻值過低的情況，但是對于巖體阻值過高的情況，會存在很大的失誤。比如，對于裂隙比較大的巖體，電法會顯示阻值過高，但是密實度比較大的硅化灰?guī)r相比四周密實度比較小的硅化灰?guī)r來說，同樣也會表現(xiàn)出阻值過高的現(xiàn)象。這時采用電法就無法分辨出來了，很容易造成誤判，從而影響探測的結(jié)果，就可能會給工程施工帶來無法預(yù)知的后果，但是淺層地震儀和地質(zhì)雷達(dá)電磁波法就能夠很好地解決這一問題。這樣看來，我們在實際的工程過程中，不能一味的相信某一種探測方法，要根據(jù)實際工程情況以及每種探測方法的使用條件和優(yōu)缺點(diǎn)，來綜合考慮該采用何種方法才是最適合的。這不僅能夠提高工作效率，也避免造成資金的浪費(fèi)。

2 實用物探技術(shù)應(yīng)用主要特點(diǎn)

圖1 構(gòu)造模型

圖2 地震映像數(shù)值模擬剖面

圖3 地震映像時間軸

從我國物探技術(shù)目前的發(fā)展水平來看，物探技術(shù)應(yīng)用的主要特點(diǎn)表現(xiàn)在以下幾個方面：（1）物探技術(shù)能夠為工程設(shè)計和施工階段提供地層分布狀況和巖體的相關(guān)物理性質(zhì)，為設(shè)計提供可靠的相關(guān)數(shù)據(jù)，從而讓設(shè)計工作人員做出合理化、安全化的設(shè)計，為接下來的施工提供技術(shù)上的保障；（2）物探技術(shù)不僅僅只能夠運(yùn)用在工程建設(shè)中，還可以運(yùn)用在尋找新能源，在理論上能夠有效地解決目前存在的能源危機(jī)，以及在改善環(huán)境方面，同樣效果也十分顯著；（3）物探技術(shù)在工程中的運(yùn)用，其本身就是在尋求一種最有效的設(shè)計、施工途徑，以便能夠在保證工程質(zhì)量和人員安全的前提下，最快、最經(jīng)濟(jì)的完成工程，所以在某種程度上來說給工程帶來了不小的經(jīng)濟(jì)效益；（4）物探技術(shù)在工程中的運(yùn)用探清了工程的地質(zhì)概況，能夠有效避免因為施工不當(dāng)而造成的工程事故，也是在一定程度上保證了施工人員的安全性；（5）就目前來看，我國的物探技術(shù)日趨成熟，在各個行業(yè)領(lǐng)域都有所應(yīng)用與發(fā)展，這與它本身較強(qiáng)的適應(yīng)性是分不開的。

3 地震映像剖面數(shù)值模擬

就掌握的數(shù)據(jù)資料，對某工業(yè)園區(qū)的地質(zhì)地貌做一個構(gòu)造模型。對工業(yè)園區(qū)地表水平方向和垂直方向，采用相同的介質(zhì)和非均勻的聲波來做數(shù)值模擬。具體模型如圖1所示，數(shù)值模擬結(jié)果如圖2所示。

從圖2，我們很明顯能夠看到不同速度所形成的的不同反射波，以及在空洞中聲波發(fā)生的繞射。仔細(xì)觀察可知，在空洞頂部產(chǎn)生的繞射，其波形和洞底繞射的波形在相位上剛好相反，這也說明了空洞中的波速與實際土層中的波速是不一致的。眾所周知，聲波在不同的介質(zhì)中會表現(xiàn)出不同的波速，這也就是我們實驗判斷的根據(jù)之一。據(jù)此綜合來看，我們可以判斷，該工業(yè)園區(qū)地層以下存在空洞和巷道。

4 應(yīng)用實例

比如在某一鐵路隧道挖掘過程中，施工單位遇到一條已經(jīng)不能夠使用的鋅礦巷道。為了避免出現(xiàn)塌方，造成人員傷亡，施工單位決定停止施工。他們決定采用地震映像儀法來探測該不明的巷道，并對所探得的映像作進(jìn)一步的分析處理。根據(jù)圖3顯示，地震映像時間軸上，在樁號39～56之間，反射波存在同軸的現(xiàn)象，大約45ms以后，反射波開始逐漸衰減，不難判斷這里存在空洞。結(jié)合實際情況來看，圖中顯示的空洞位置與實際挖掘時一致。這在一定程度上也說明，地震映像儀法能夠有效的探測巖體和地層中可能存在的空洞和巷道。

同樣根據(jù)圖3所示，我們還不難看出，在地震映像時間軸樁號34～37之間，反射波不僅具有相同的軸，而且均在向上運(yùn)動。大約35ms以后，反射波同樣也開始逐漸衰減，這也是空洞的表現(xiàn)。結(jié)合以上兩此判斷，我們大概能夠確定空洞的埋深在24～26m。

在圖3中，地震映像時間軸樁號23～26之間，反射波不僅也具有相同的軸，而且均也在向上運(yùn)動。大約35ms以后，反射波同樣也開始逐漸衰減，這也是空洞的表現(xiàn)。結(jié)合以上兩項判斷來看，我們大概能夠確定空洞的埋深為29m。綜合起來看，也可以初步探測到鋅礦巷道的一些基本情況，比如巷道的埋深估計在25m左右，以及巷道的大致走向和長度等方面。

結(jié)語

在實際模型中，遇到不良地質(zhì)，將會出現(xiàn)顯著的物探異常的現(xiàn)象。這種異常有效的反應(yīng)出了地質(zhì)的情況。此中物探技術(shù)的精準(zhǔn)度較高，從具體的工程實例中可以看出，物探方法能夠準(zhǔn)確的判斷出采空、巷道等不良地質(zhì)體?？梢詾楣こ探ㄔO(shè)提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，可以滿足實際工程的需求。

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