綜合物探方法在城市工程建設中的應用

熊 竹 徐志敏 辛會翠

(1.湖南省水利水電勘測設計研究總院，湖南 長沙 410000； 2.西北綜合勘察設計研究院，陜西 西安 710003； 3.陜西能源職業技術學院，陜西 咸陽 712000)

綜合物探方法在城市工程建設中的應用

熊 竹1徐志敏2辛會翠3

(1.湖南省水利水電勘測設計研究總院，湖南 長沙 410000； 2.西北綜合勘察設計研究院，陜西 西安 710003； 3.陜西能源職業技術學院，陜西 咸陽 712000)

介紹了西安曲江某工地的工程概況與地球物理特征，采用高密度電阻率法、地震面波法與瞬變電磁法，探測了該工程測區內空洞的異常情況，結果表明，綜合應用多種物探手段，可提高物探成果解譯的準確性。

地下空洞，高密度電阻率法，地震面波法，瞬變電磁法

0 引言

工程物探是利用地球物理探測技術對城市地質情況進行探測的工程技術手段，為建筑地基的選定、地下設施的布局等提供依據，隨著我國城鎮化的不斷推進，工程物探技術的應用得到了空前的發展，采用工程物探技術解決與城市工程建設密切相關的問題，已經成為應用地球物理的重要組成部分，城市工程物探具有很多特點，在實際應用中的技術優勢主要體現在快速、簡便以及基本做到無損探測等，尤其是在城市環境條件下，面對場地狹小以及干擾因素多等不利條件，通過開展城市物探可以減少大量鉆探工程，同時應該注重應用綜合物探方法，提高探測效果，結合鉆探手段，減少物探的多解性[3]。

1 測區概況及地球物理特征

1.1 測區概況

西安曲江某工地，擬建場地東西方向寬約47 m～51 m，南北方向長約324 m～332 m，擬建場地南臨臨潼—長安斷裂的北斷裂約100 m，該斷裂非全新活動斷裂，通過詳勘資料，場地南側地下15.2 m和32.8 m深度發現有空穴和不明人工填土，場地北側地下15.2 m～23.6 m分布一較深空洞，空洞的頂部和底部均有雜填土分布，因此，本場地在20 m深度以下可能分布有古墓葬，物探工作部署鑒于場地施工條件所限，在南側場地部署高密度電阻率法，在北側場地部署瞬變電磁法，地震面波法貫穿南北場地部署。

1.2 地球物理特征

2 物探方法原理

2.1 高密度電阻率法原理

高密度電阻率法[1,2]，是以地下介質電性差異為物理基礎，通過向大地供電，觀測和研究地下電場的空間分布規律，探測地下介質的電法探測技術。

2.2 地震面波法原理

地震面波法[4]依據其自身具有的頻散特性，傳播的相速度隨頻率的改變而改變，因此可以反映地下介質的特性。

2.3 瞬變電磁法原理

瞬變電磁法又稱時間域電磁法，屬于電磁感應類地球物理探測技術，原理是導電介質在階躍變化的電磁場激發下會產生渦流場效應，觀測和研究這種渦流產生的電磁場(稱為“二次場”)的強弱、空間分布特性和時間特性達到探測地下介質的空間分布特征的目的[5-8]。

3 物探成果綜合解譯

場地內主要的電性層為人工填土、上中更新統風積黃土和殘積古土壤，通過對視電阻率等值線圖的分析，并與場地內的鉆探資料對比，總體上干燥的人工填土視電阻率一般在100 Ω·m～300 Ω·m，黃土視電阻率一般在20 Ω·m～50 Ω·m，古土壤視電阻率一般在30 Ω·m～100 Ω·m，空洞異常為高阻閉合圈，如圖1所示為高密度電阻率法反演成果，南側場地分布有6個相對高阻閉合圈，均為南北軸向大于東西方向，即疑似地下空洞為南北方向展布，與場地也有地質資料吻合，西北角高阻區域為人工填土影響所致。其中編號為D1和D3高阻閉合異常與詳勘鉆探空洞位置吻合(空洞充填雜填土和粘性土)。如圖2所示為瞬變電磁反演成果，北側場地分布有1個相對高阻閉合圈，東西軸向大于南北方向，后經鉆探驗證，此處存在一個已被粘性土充填的空洞，且為東西方向展布。

地震面波在地下傳播時，地下介質密度越大，波速越大，同時，密度越小，波速越小，地下空洞或墓穴視為低密度體，其在波速分層斷面上的特征為出現低波速拐點，地下空洞越大，拐點越明顯，其在波速平面等值線圖上的反映為低波速區域異常。

如圖3地震面波反演成果剖面圖所示，地表0 m～5 m深度波速為120 m/s～200 m/s，波速較低；5 m～10 m深度黃土密實度增大，波速同時程一次曲線增長，波速介于200 m/s～300 m/s；場地10 m～20 m深度波速整體較穩定，介于300 m/s～400 m/s；地下空洞可視為低密度體，故推測地震面波波速等值線下凹位置為疑似空洞位置，對比分析高密度電阻率法反演成果和瞬變電磁法反演成果異常位置，異常位置吻合，編號D1～D6。多種物探方法綜合解譯大大提高了物探解譯成果的準確性。

4 結語

1)在城市工程建設中利用高密度電阻率法、地震面波法和瞬變電磁法探測地下空洞均有較好的效果。相比較而言，高密度電阻率法和瞬變電磁法異常直觀，工作效率較高，受制約的條件相對較少：地震面波法工作效率較低，受現場制約的條件較多，如現場場地平整情況，地表土的密實度，以及車輛及現場施工機械振動等干擾。

2)城市工程物探地下空洞探測，應首先采用工作效率高的高密度電阻率法掃面，發現異常后，在異常位置結合瞬變電磁法、地震面波法探測技術驗證異常的可靠性，提高探測效果，結合鉆探手段，減少物探的多解性。

3)高密度電阻率法和瞬變電磁法只能從“高阻異常”來識別地下空洞異常，地表人工填土、地下不同密實度的黃土以及古土壤均會造成反演成果中出現高阻異常，此時結合地震面波法，綜合解譯，達到減少多解性的目的。

4)綜合物探方法的應用可以減少物探的多解性問題，但是不能消除，因此還要采取鉆探驗證等手段，以達到科學合理準確的做出工程勘察資料。

[1] 李金銘.地電場與電法勘探[M].北京:地質出版社，2005.

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[4] 肖柏勛，凡有華，劉家奇.瑞雷波勘探方法研究現狀分析[J].工程物探，2002(2)：138.

[5] 牛之璉.時間域電磁法原理[M].長沙:中南大學出版社，2007.

[6] 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.

[7] 薛國強，李 琳，底青云.瞬變電磁法正反演問題研究進展[J].地球物理學進展,2008，23(4):1165-1172.

[8] 石顯新，閆 述，陳明生.瞬變電磁勘探中的低阻層屏蔽問題[J].煤炭學報,2005,30(2):160-163.

Application of comprehensive geophysical prospecting method in city engineering construction

Xiong Zhu1Xu Zhimin2Xin Huicui3

(1.HunanHydropowerSurvey&DesignInstituteHeadquarter,Changsha410000,China; 2.NorthwestAcademyofComprehensiveSurveyDesign,Xi’an710003,China; 3.ShannxiVocationalCollegeofEnergyResource,Xianyang712000,China)

Introduces Qujiang construction site engineering conditions and geophysical characteristics in Xi’an city, applies high-density resistivity method, seismic surface wave method and TEM, and surveys abnormal conditions of internal cavity within the engineering measurement region. Results show that: it can improve the geophysical prospecting accuracy by comprehensively applying various geophysical prospecting methods.

underground cavity, high-density resistivity, seismic surface wave method, Transient Electromagnetic Method(TEM)

1009-6825(2017)02-0086-03

2016-11-09

熊 竹(1987- )，男，工程師

P624

A