綜合物探方法在城市工程建設(shè)中的應(yīng)用

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(1.湖南省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究總院，湖南 長沙 410000； 2.西北綜合勘察設(shè)計(jì)研究院，陜西 西安 710003； 3.陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 咸陽 712000)

綜合物探方法在城市工程建設(shè)中的應(yīng)用

熊 竹1徐志敏2辛?xí)?

(1.湖南省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究總院，湖南 長沙 410000； 2.西北綜合勘察設(shè)計(jì)研究院，陜西 西安 710003； 3.陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)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(qū)內(nèi)空洞的異常情況，結(jié)果表明，綜合應(yīng)用多種物探手段，可提高物探成果解譯的準(zhǔn)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(shù)對城市地質(zhì)情況進(jìn)行探測的工程技術(shù)手段，為建筑地基的選定、地下設(shè)施的布局等提供依據(jù)，隨著我國城鎮(zhèn)化的不斷推進(jìn)，工程物探技術(shù)的應(yīng)用得到了空前的發(fā)展，采用工程物探技術(shù)解決與城市工程建設(shè)密切相關(guān)的問題，已經(jīng)成為應(yīng)用地球物理的重要組成部分，城市工程物探具有很多特點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中的技術(shù)優(yōu)勢主要體現(xiàn)在快速、簡便以及基本做到無損探測等，尤其是在城市環(huán)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(shí)應(yīng)該注重應(yīng)用綜合物探方法，提高探測效果，結(jié)合鉆探手段，減少物探的多解性[3]。

1 測區(qū)概況及地球物理特征

1.1 測區(qū)概況

西安曲江某工地，擬建場地東西方向?qū)捈s47 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(cè)地下15.2 m和32.8 m深度發(fā)現(xiàn)有空穴和不明人工填土，場地北側(cè)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(cè)場地部署高密度電阻率法，在北側(cè)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(zhì)電性差異為物理基礎(chǔ)，通過向大地供電，觀測和研究地下電場的空間分布規(guī)律，探測地下介質(zhì)的電法探測技術(shù)。

2.2 地震面波法原理

地震面波法[4]依據(jù)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(zhì)的特性。

2.3 瞬變電磁法原理

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

3 物探成果綜合解譯

場地內(nèi)主要的電性層為人工填土、上中更新統(tǒng)風(fēng)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(nèi)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(cè)場地分布有6個(gè)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(zhì)資料吻合，西北角高阻區(qū)域?yàn)槿斯ぬ钔劣绊懰?。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(cè)場地分布有1個(gè)相對高阻閉合圈，東西軸向大于南北方向，后經(jīng)鉆探驗(yàn)證，此處存在一個(gè)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(shí)，地下介質(zhì)密度越大，波速越大，同時(shí)，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(xiàn)低波速拐點(diǎn)，地下空洞越大，拐點(diǎn)越明顯，其在波速平面等值線圖上的反映為低波速區(qū)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(shí)度增大，波速同時(shí)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(wěn)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(zhǔn)確性。

4 結(jié)語

1)在城市工程建設(shè)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(xiàn)場制約的條件較多，如現(xiàn)場場地平整情況，地表土的密實(shí)度，以及車輛及現(xiàn)場施工機(jī)械振動等干擾。

2)城市工程物探地下空洞探測，應(yīng)首先采用工作效率高的高密度電阻率法掃面，發(fā)現(xiàn)異常后，在異常位置結(jié)合瞬變電磁法、地震面波法探測技術(shù)驗(yàn)證異常的可靠性，提高探測效果，結(jié)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?！眮碜R別地下空洞異常，地表人工填土、地下不同密實(shí)度的黃土以及古土壤均會造成反演成果中出現(xiàn)高阻異常，此時(shí)結(jié)合地震面波法，綜合解譯，達(dá)到減少多解性的目的。

4)綜合物探方法的應(yīng)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(yàn)證等手段，以達(dá)到科學(xué)合理準(zhǔn)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(zhì)出版社，2005.

[2] 中南礦冶學(xué)院物探教研室.金屬礦電法勘探[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1980.

[3] 李學(xué)軍.我國城市物探的應(yīng)用與發(fā)展[J].地球物理學(xué)進(jìn)展，2011,26(6)：2221-2231.

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

[5] 牛之璉.時(shí)間域電磁法原理[M].長沙:中南大學(xué)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(xué)報(bào)，2009，52(6):1583-1591.

[7] 薛國強(qiáng)，李 琳，底青云.瞬變電磁法正反演問題研究進(jìn)展[J].地球物理學(xué)進(jìn)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(xué)報(bào),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