探討物探技術(shù)在工程地質(zhì)勘察中的實(shí)際應(yīng)用

陳鴻亮

摘 要：工程建設(shè)中，地質(zhì)勘察是一項(xiàng)必不可少的工作，與工程質(zhì)量、安全、效益等直接相關(guān)，單一或綜合式物探技術(shù)是地質(zhì)勘察的重要手段，具有快速、經(jīng)濟(jì)、便捷、精度高等顯著優(yōu)勢(shì)，可實(shí)現(xiàn)精確地質(zhì)分析，為工程建設(shè)提供可靠依據(jù)。本文首先簡(jiǎn)述物探技術(shù)概念與勘察特點(diǎn)，再詳論物探技術(shù)應(yīng)用方法，最后以兩個(gè)具體工程案例，說(shuō)明物探技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程。

關(guān)鍵詞：物探技術(shù);工程地質(zhì)勘察;特點(diǎn);應(yīng)用

0 引言

近些年，我國(guó)工程項(xiàng)目建設(shè)發(fā)展迅速，至今已成為國(guó)家支柱型產(chǎn)業(yè)之一，對(duì)應(yīng)地質(zhì)勘察工作也漸顯復(fù)雜與廣泛，地域環(huán)境對(duì)地質(zhì)勘察的影響越來(lái)越顯著。為追求高質(zhì)量、高效率的工程地質(zhì)勘察，開(kāi)始將物探技術(shù)引入其中，工程地質(zhì)勘察單位要廣泛、聯(lián)合應(yīng)用物探技術(shù)，以保障勘測(cè)數(shù)據(jù)的精確性，提升國(guó)家整體地質(zhì)勘察水平。

1 物探技術(shù)概念與勘探特點(diǎn)

1.1 物探技術(shù)

物探技術(shù)，又稱地球物理勘探技術(shù)，是一種有助于實(shí)現(xiàn)科學(xué)工程建設(shè)、環(huán)境保護(hù)及資源利用的先進(jìn)技術(shù)，具有一定的探測(cè)深度，有些是幾十米，有些是上百米，自問(wèn)世至今已被廣泛應(yīng)用于工程地質(zhì)勘察中，主要包括重力勘探、地震勘探、電法勘探、磁法勘探等方式[1]。工程地質(zhì)勘察傳統(tǒng)方法包括鉆探取土法、雙橋靜力觸探法、標(biāo)準(zhǔn)貫入實(shí)驗(yàn)等，雖然這些方法亦可獲取一定地質(zhì)信息，但隨著地質(zhì)勘查要求與難度的增大，由它們所形成的勘察結(jié)果已然不能充分滿足現(xiàn)實(shí)工程需求。此時(shí)，物探技術(shù)的應(yīng)用為工程地質(zhì)勘察打開(kāi)更廣闊的局面，可顯著提升勘察結(jié)果的全面性、準(zhǔn)確性與可靠性。目前物探技術(shù)在工程地質(zhì)勘察中的應(yīng)用呈現(xiàn)多元化、綜合化發(fā)展，工程實(shí)踐中，勘察人員以其發(fā)展趨勢(shì)與應(yīng)用通常情況為基礎(chǔ)，充分考慮具體工程情況及要求，合理選擇物探技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多手段、多方位應(yīng)用，且地質(zhì)勘察標(biāo)準(zhǔn)高精度化是項(xiàng)目單位在施工中的慣常做法，一般要求探測(cè)誤差不可超出厘米之限。

1.2 物探勘察特點(diǎn)

要想實(shí)現(xiàn)物探技術(shù)的有效應(yīng)用，就應(yīng)先良好把握物探勘察特點(diǎn)。經(jīng)實(shí)踐總結(jié)，物探勘察特點(diǎn)主要體現(xiàn)在幾個(gè)方面：

（1）探測(cè)深度較淺。工程物探時(shí)，通常要對(duì)相應(yīng)探測(cè)深度予以控制，要使其在幾米或幾十米范圍之內(nèi)，一般不可超出百米范圍;（2）探測(cè)精度較高。工程物探實(shí)踐中，施工單位會(huì)要求將勘察結(jié)果精度控制在厘米范圍之內(nèi)，多類物探方法應(yīng)用下可充分滿足這一要求;（3）施工場(chǎng)地要求較低。物探勘察可以針對(duì)不斷轉(zhuǎn)變的地質(zhì)條件及不斷變化的物理場(chǎng)，與傳統(tǒng)地質(zhì)勘察相比，可有效解決相關(guān)變動(dòng)因素與問(wèn)題，受地理、地質(zhì)、天氣等影響較小，可在大多場(chǎng)地予以應(yīng)用;（4）完成速率要求較快。物探勘察是工程基礎(chǔ)類、測(cè)試類任務(wù)，要在規(guī)定時(shí)間內(nèi)快速完成勘察目標(biāo)、提供探測(cè)結(jié)果;（5）須進(jìn)行多方法應(yīng)用。由于工程施工地質(zhì)環(huán)境多變，不同工程物探地質(zhì)的地震波長(zhǎng)、地場(chǎng)、磁場(chǎng)等具有一定差別，針對(duì)此點(diǎn)，物探一般以聯(lián)合方式采用多種方法，以全方位勘察分析不同地質(zhì)構(gòu)造的物理情況[2]。

2 物探技術(shù)應(yīng)用方法

2.1 重力勘探法

重力勘探法的基礎(chǔ)理論是牛頓萬(wàn)有引力，主要探測(cè)與周圍礦體、巖體或地表密度變化引起的重力差異，以此準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)地質(zhì)勘察相應(yīng)目標(biāo)，具有效果好、精度高、干擾小的特點(diǎn)[3]。實(shí)際工程地質(zhì)勘察時(shí)，該法要采用如重力儀、扭秤之類的精密儀器，除要精準(zhǔn)分析礦體性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造外，還要結(jié)合分析當(dāng)?shù)鼐唧w的震動(dòng)情況、地形氣候條件等，同時(shí)應(yīng)綜合分析其他有關(guān)勘察結(jié)果，以保證最終勘察結(jié)果的科學(xué)準(zhǔn)確性。

2.2 地震勘探法

地震勘探法方式可分為折射波法、發(fā)射波法，主要依據(jù)反射、折射兩種波的沿側(cè)線方向的時(shí)間場(chǎng)時(shí)空分布規(guī)律明確反射、折射兩面的深度與地質(zhì)結(jié)果[4]。與其他物探法相比，其具有精度更高、探測(cè)深度更深、解釋成果單一、成本較高等特點(diǎn)。實(shí)際工程勘察中，可通過(guò)明確地下介質(zhì)的物理性質(zhì)，如密度、彈性差異，分析大地地震波程度，推測(cè)地下巖層性質(zhì)和形態(tài)。實(shí)際工程勘察中，若不作探測(cè)深度控制，該法可勘察到數(shù)千米深的地質(zhì)巖層，且由于會(huì)形成單一的解釋成果，因此整體勘察過(guò)程需要更高的維持成本。在科學(xué)技術(shù)的推動(dòng)下，地震勘探法分辨率獲得持續(xù)提升，由此而開(kāi)展的地下地質(zhì)構(gòu)造研究呈現(xiàn)出精細(xì)化發(fā)展態(tài)勢(shì)，促使所掌握的地質(zhì)地層分布構(gòu)造信息具有詳細(xì)化、全面化的優(yōu)勢(shì)，逐漸成為工程建設(shè)的有用奠基石。

2.3 電法勘探

電法勘探，主要通過(guò)觀測(cè)待測(cè)目標(biāo)體電阻率或深度變化，分析隨著地質(zhì)深度的變化呈現(xiàn)出的巖層分布規(guī)律，進(jìn)而掌握地質(zhì)結(jié)構(gòu)類型，通常應(yīng)用于厚巖層地質(zhì)勘探中，在城市地下管道工程的應(yīng)用效果更好。具體工程勘察中，該法以供電電極差距差異性為基礎(chǔ)，旨在獲取不同深度的地質(zhì)巖層數(shù)據(jù)及資料，可反映不同電阻率巖層水平分布情況，保障地下水開(kāi)采的合理性及工程材料選擇的科學(xué)性，且當(dāng)針對(duì)水平方向傾斜巖層，其的應(yīng)用效果會(huì)有所降低。物探技術(shù)研究與推行過(guò)程中，電法勘探的應(yīng)用前景良好，可強(qiáng)力推動(dòng)工程地質(zhì)勘察的發(fā)展。常規(guī)電法勘探又可衍生出高密度電法勘探，其是一種可被廣泛應(yīng)用于工程勘察的全新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)是地質(zhì)巖土介質(zhì)本身會(huì)存在一定差異。當(dāng)在特定勘察點(diǎn)施加電場(chǎng)時(shí)，傳導(dǎo)電流變化及分布情況將會(huì)被清晰檢測(cè)到，繼而以此判斷巖土本身性質(zhì)，電阻率密度越高的情況下，裝置的位置、大小、排列等越會(huì)被準(zhǔn)確測(cè)量，地面電場(chǎng)變化的本身規(guī)律獲取可通過(guò)密切監(jiān)測(cè)電流分布準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)，繼而計(jì)算得到高精度地表電阻率，最后由電阻率規(guī)律推斷地質(zhì)巖土性質(zhì)。

2.4 磁法勘探

磁法勘探的實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)是同種礦巖石集中存在的狀態(tài)下會(huì)存在大量磁性物質(zhì)，繼而對(duì)地質(zhì)磁場(chǎng)產(chǎn)生顯著影響，表現(xiàn)出異常磁場(chǎng)現(xiàn)象，且隨著地質(zhì)勘察范圍的擴(kuò)大，這種現(xiàn)象的出現(xiàn)頻率不斷加快，而地質(zhì)礦巖石間恰好會(huì)達(dá)到這種集中狀態(tài)。該法需借助特殊勘測(cè)儀器完成地磁異常現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)與收集。工程地質(zhì)勘察實(shí)踐中，主要工作內(nèi)容有分區(qū)處理勘察地質(zhì)、劃分巖土實(shí)際分布范圍、明確勘探區(qū)域地質(zhì)情況、制作相應(yīng)地質(zhì)填圖等，具有極好的應(yīng)用效果。

2.5 淺層分辨反射波勘探法

淺層分辨反射波勘探法通過(guò)分析不同介質(zhì)波收集多類型阻抗差異，原理是反射波進(jìn)入地下遭遇不同介質(zhì)時(shí)會(huì)呈現(xiàn)出不同振幅，特別當(dāng)針對(duì)差異較大介質(zhì)時(shí)，振幅將會(huì)發(fā)生大幅度變化，結(jié)合式利用現(xiàn)有材料計(jì)算與分析波幅，而后確定不同反射層[5]。該法也需要借助可收納與記錄反射波的專業(yè)儀器，針對(duì)反射波穿過(guò)不同介質(zhì)呈現(xiàn)出的不同程度、不同類型的傳播途徑變化，準(zhǔn)確判斷巖土性質(zhì)。

3 物探技術(shù)在工程地質(zhì)勘察中的應(yīng)用過(guò)程

3.1 工程實(shí)例1

以找水工程實(shí)例，經(jīng)初步地質(zhì)勘查，發(fā)現(xiàn)該地地質(zhì)環(huán)境簡(jiǎn)單。本工程地質(zhì)層表層為第四系，基巖由二疊系老山段砂巖、泥巖及常夾煤層組成。為避免具體施工受擾，現(xiàn)組織工作人員測(cè)定工程所涉區(qū)域的詳細(xì)地質(zhì)狀況，并分析與預(yù)測(cè)相關(guān)影響。

應(yīng)用過(guò)程：（1）充分考慮工程區(qū)周圍地質(zhì)狀況、設(shè)備與裝置選址點(diǎn)、安全防護(hù)等，并詳細(xì)收集有關(guān)地質(zhì)材料。為確保勘測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，以高密度電法勘探針對(duì)該工程。（2）實(shí)地探查完實(shí)際地形后，在充分了解障礙地形的前提下，在南北、東西兩方向布置高密度電法勘探剖面，設(shè)定電極數(shù)125根，各點(diǎn)距不大于3m。（3）具體測(cè)量中，電性結(jié)果顯示：南北向剖面基巖電性比較均勻，無(wú)異常現(xiàn)象出現(xiàn);東西向剖面出現(xiàn)異常，在130～180樁點(diǎn)號(hào)基巖內(nèi)顯現(xiàn)出低阻區(qū)域，電阻率在140Ω以下，表明呈現(xiàn)第四系狀況;電阻率大于600Ω，表示其上為基巖。綜合這些結(jié)果，推測(cè)基線構(gòu)造裂隙含水或疊層夾有薄煤層，導(dǎo)致基巖出現(xiàn)相對(duì)低阻狀況。

3.2 工程實(shí)例2

以橋梁工程為例，地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，主要由粘性土、沙土等組成，其中粘性土大多分布在地層上部，沙土大多分布在地層下部，基巖成分包括砂巖與礫巖。為全面了解橋梁地質(zhì)分布狀況，現(xiàn)組織工程人員測(cè)定區(qū)域地質(zhì)活動(dòng)，預(yù)測(cè)與分析相關(guān)影響。

應(yīng)用過(guò)程：（1）依舊先對(duì)工程現(xiàn)場(chǎng)狀況進(jìn)行踏勘，選定橋址區(qū)設(shè)備布置點(diǎn)后，決定配合應(yīng)用傳統(tǒng)電法勘探電流直測(cè)法、淺層地震法、水域淺層坡面法精確測(cè)定實(shí)際地質(zhì)地理環(huán)境。（2）電流直測(cè)法，適合應(yīng)用于距離較長(zhǎng)的狀況下，在具體勘測(cè)中精度相對(duì)較差，且裝備布線較為困難。實(shí)際應(yīng)用時(shí)要以緊密貼合際工程狀況的方式實(shí)現(xiàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)泥巖電阻率較低、礫巖電阻率加較高，形成上升與下降至少兩種類型的基巖曲線，分析多樣化曲線分布。（3）淺層地震法實(shí)際精度較高，可提供有效彈力參數(shù)，但較難區(qū)分實(shí)際巖層性質(zhì)且與實(shí)際環(huán)境關(guān)聯(lián)較大，在布置相應(yīng)設(shè)備時(shí)要與電流直測(cè)法互相配合，并應(yīng)選擇布于陸地階段。具體應(yīng)用時(shí)以高頻檢波器為檢測(cè)設(shè)備，設(shè)置好儀器及相應(yīng)參數(shù)后，分析出主要為落錘震源，以疊加方式獲取有關(guān)信息數(shù)據(jù)，并借助計(jì)算機(jī)系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)、轉(zhuǎn)換圖形，以剖面圖分析后續(xù)建設(shè)方案，分析過(guò)程為圖例制作、標(biāo)明各巖石名稱、標(biāo)明各地層形成時(shí)序、標(biāo)明地質(zhì)涵義及相關(guān)接觸關(guān)系、確定地質(zhì)構(gòu)造特點(diǎn)（褶皺、斷層）等。（4）以水域淺層坡面法檢測(cè)水底河床基巖起伏狀況及地質(zhì)構(gòu)造，獲取實(shí)際地理情況。（5）各方法相互補(bǔ)足、互相配合，最終形成價(jià)值較高的勘探成果，成為后續(xù)施工的可靠依據(jù)。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，物探技術(shù)在工程地質(zhì)勘察中具有必要性應(yīng)用價(jià)值，通過(guò)單一或聯(lián)合應(yīng)用各類物探技術(shù)，可充分獲取勘察區(qū)域地質(zhì)地理數(shù)據(jù)，形成可靠性施工依據(jù)。實(shí)際應(yīng)用中，勘察單位與人員要良好把握各物探技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)與局限性，在充分踏勘工程現(xiàn)場(chǎng)狀況后，科學(xué)選擇物探技術(shù)，并嚴(yán)格依照國(guó)家、行業(yè)及項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)，展開(kāi)高效勘察，切實(shí)保證地質(zhì)勘查結(jié)果的質(zhì)量。

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