淺析物探手段解決工程勘察中的難點(diǎn)問(wèn)題

楊全紅++張亞寧++楊潤(rùn)

摘要：本文介紹了物探手段的原理與應(yīng)用，歸納總結(jié)了現(xiàn)有物探儀器設(shè)備解決一些工程難點(diǎn)問(wèn)題的事例，總結(jié)提出物探手段應(yīng)用的要點(diǎn)，為相關(guān)工程提供借鑒。

關(guān)鍵詞：物探 地質(zhì)雷達(dá) 折射波

1概述

1.1物探技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，物探儀器設(shè)備的不斷完善，物探技術(shù)從最初主要應(yīng)用于礦產(chǎn)勘查、石油勘探、區(qū)域地質(zhì)調(diào)查和深部地球物理研究等方面。逐步推廣到水文地質(zhì)勘察和工民建等工程巖土勘察中。特別是近十年來(lái)，電子計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)據(jù)處理技術(shù)的發(fā)展，新的物探方法、技術(shù)和儀器不斷涌現(xiàn)，工程物探已經(jīng)成為地質(zhì)科學(xué)中，最為活躍、發(fā)展很快的、新興的學(xué)科。目前，在巖土勘測(cè)中拓展和應(yīng)用物探技術(shù)已成為衡量工程地質(zhì)勘察現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志。

1.2電力工程勘測(cè)的特點(diǎn)及主要地質(zhì)難點(diǎn)問(wèn)題

1） 電力工程的一般分為火力發(fā)電廠、變電所、架空輸電線路等。工程等級(jí)相對(duì)較高，一般均為最高等級(jí)。工程選址一般要求避開(kāi)深大斷裂帶或工程地質(zhì)條件復(fù)雜的地域。因此，在初步可行性或可研設(shè)計(jì)階段，巖土勘測(cè)的程度較低，勘測(cè)的精度要求不高，所涉及的工程地質(zhì)難點(diǎn)問(wèn)題也相對(duì)較少；

2） 在初步設(shè)計(jì)或施工圖設(shè)計(jì)階段，巖土勘測(cè)的程度較高，勘測(cè)的深度和精度相對(duì)較高，工程勘測(cè)中地質(zhì)難點(diǎn)問(wèn)題很多。特別是在地基勘測(cè)中，對(duì)廠站址內(nèi)的軟弱夾層、透鏡體、不均勻體的、基巖地基風(fēng)化厚度、深厚中軟土場(chǎng)地類(lèi)別判定和多年凍土層、地下洞穴、管線等特殊地質(zhì)體的勘測(cè)，常規(guī)的鉆探或坑探手段有很大的局限性，稍有差錯(cuò)或疏漏就會(huì)對(duì)工程的設(shè)計(jì)、造價(jià)、工期產(chǎn)生重大影響。此外，對(duì)于目前快速發(fā)展的特高壓輸電線路工程塔基勘測(cè)來(lái)說(shuō)，逐級(jí)逐腿勘測(cè)，點(diǎn)多面廣，勘測(cè)深度大，精度要求高，受地質(zhì)、地形條件和道路、工期、費(fèi)用等因素影響較大。

3） 隨著特高電壓電網(wǎng)建設(shè)的快速發(fā)展，要求我們不斷提高技術(shù)水平，優(yōu)質(zhì)高效保證工程質(zhì)量，贏得業(yè)主的信任和滿(mǎn)意。首先要收集掌握本專(zhuān)業(yè)先進(jìn)的技術(shù)手段并要在工程中運(yùn)用，使勘測(cè)精細(xì)程度不斷提高。傳統(tǒng)勘察手段：主要以坑探、鉆探為主，優(yōu)點(diǎn)是揭露地層直觀，但受地形地貌、交通條件、地層類(lèi)別限制，工期時(shí)間較難控制。在經(jīng)常接觸的卵礫石地層，人工坑探達(dá)到勘察深度非常困難時(shí)，費(fèi)力耗時(shí)，人工成本太大；滿(mǎn)足技術(shù)要求，工期就較難達(dá)到要求。對(duì)基巖風(fēng)化層及其覆蓋層厚度的勘察，主要以地質(zhì)調(diào)查、基巖露頭判別、加經(jīng)驗(yàn)分析，一般情況下誤差較大。

2物探方法與技術(shù)簡(jiǎn)介

2.1物探方法的選擇

1） 電力工程物探采用的物探方法主要分為以巖土電學(xué)性質(zhì)為基礎(chǔ)的電法勘探，以介質(zhì)彈性波傳播理論為基礎(chǔ)的地震勘探和近期快速發(fā)展的以高頻電磁波傳播理論與技術(shù)為基礎(chǔ)的地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)技術(shù)三大類(lèi)；

2） 任何一種物探方法都有自身的局限性。除了物探固有的反演解釋的多解性外，儀器觀測(cè)精度、激發(fā)物理場(chǎng)的強(qiáng)弱，被探測(cè)體大小、埋深、與周?chē)橘|(zhì)物性差異程度，工作布置，地形條件，周?chē)h(huán)境干擾等都會(huì)制約其方法的有效性。選擇多種物探方法配合，對(duì)比分析綜合解釋。是去偽存真、減少誤差的唯一途徑；

3） 根據(jù)電力工程地基勘測(cè)工作程度高、探測(cè)深度一般5-20m的特點(diǎn)，我們主要采用了地震淺層折射波法勘測(cè)，地震波單孔法波速測(cè)試和地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)。這些物探方法主要具有抗干擾能力強(qiáng)、分辨率高，淺部探測(cè)精度可高達(dá)±0.5m、工作布置方便靈活，工效高、速度快可現(xiàn)場(chǎng)解釋等特點(diǎn)。

2.2地震淺層折射波法

1） 基本原理：根據(jù)彈性波折射定律，人工激發(fā)的地震波在向地下傳播的過(guò)程中，遇到波速為v1和v2兩種介質(zhì)時(shí)，將產(chǎn)生反射和透射波。當(dāng)介質(zhì)波速v1

2） 野外工作方法及資料處理：為了提高復(fù)雜地質(zhì)條件下的勘測(cè)精度，折射波法勘測(cè)一般需采用完整對(duì)比觀測(cè)系統(tǒng)，即相遇和追逐雙重或多重觀測(cè)系統(tǒng)。資料整理與解釋一般由采用人機(jī)對(duì)話方式的計(jì)算機(jī)軟件完成；

3） 折射波法的優(yōu)缺點(diǎn)：初至折射波比較容易識(shí)別，抗干擾能力強(qiáng)，探測(cè)深度范圍廣、精度高。除了能探測(cè)到地質(zhì)界面埋藏深度，還同時(shí)獲得反映地下巖性或巖體完整性參數(shù)的界面波速。在探測(cè)覆蓋層分層及厚度、基巖風(fēng)化層厚度、巨厚松散地層的潛水位或持力層等方面有較為明顯的地質(zhì)效果。不足之處是不能探測(cè)到高速地層下部的相對(duì)低速的地層；當(dāng)勘測(cè)深度較大時(shí)，需要較大的勘測(cè)場(chǎng)地和較大的地震激發(fā)能量。

2.3地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)技術(shù)

1） 基本原理：地質(zhì)雷達(dá)也稱(chēng)為探地雷達(dá)，通過(guò)地面發(fā)射天線以短脈沖的方式發(fā)射高頻電磁波，電磁波在向地下直線傳播的過(guò)程中，當(dāng)遇到介質(zhì)的物理性質(zhì)存在較明顯差異時(shí)，在介質(zhì)的物性分界面上會(huì)按照惠更斯原理發(fā)生反射、折射和衍射；通過(guò)地面接收天線接收到地下返回的電磁波信號(hào)和旅行時(shí)間，在確定介質(zhì)的電磁波速后，即可計(jì)算出反射界面的埋藏深度；

2） 地質(zhì)雷達(dá)的探測(cè)深度和分辨率與天線頻率關(guān)系：天線頻率高、探測(cè)深度小、分辨率高；天線頻率低、探測(cè)深度大、分辨率低。因此，要根據(jù)探測(cè)對(duì)象的大小和埋深選擇不同頻率的天線。一般50MHZ天線最大探測(cè)深度20-30m，分辨率約85cm。100MHZ天線最大探測(cè)深度10-25m，分辨率約0.45cm。此外，地質(zhì)雷達(dá)的探測(cè)深度與介質(zhì)電導(dǎo)率也有很大關(guān)系，介質(zhì)電導(dǎo)率越大、探測(cè)深度越小，介質(zhì)電導(dǎo)率越小、探測(cè)深度越大；

3） 地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)：探測(cè)方法簡(jiǎn)單效率高。信息量大，易于高密度探測(cè)或重復(fù)探測(cè)。計(jì)算機(jī)解釋圖像直觀。探測(cè)高電阻地層背景里的低電阻體效果較明顯。高頻或超高頻天線探測(cè)異常解釋明顯好于低頻率天線。低頻率天線受低電阻層屏蔽影響較大；儀器較為昂貴，要配置多種天線。

3總結(jié)

物探是一種間接的勘測(cè)手段，是通過(guò)地質(zhì)體的已知物性表象或叫物理場(chǎng)來(lái)解釋未知的地質(zhì)問(wèn)題。除其方法本身具有多解性外，物探成果還受制于物探儀器設(shè)備、物探方法、測(cè)試環(huán)境、地質(zhì)條件、工作經(jīng)驗(yàn)等因素的影響。因此，物探成果需要通過(guò)直接勘測(cè)手段來(lái)驗(yàn)證。未經(jīng)驗(yàn)證的物探成果只是一種推測(cè)，只能綜合引用。物探技術(shù)是一門(mén)實(shí)踐的科學(xué)。只有通過(guò)實(shí)際應(yīng)用和反復(fù)試驗(yàn)才能最終確定物探方法是否有能夠解決某一實(shí)際的地質(zhì)問(wèn)題。