工程地質(zhì)勘查中物探與鉆探技術(shù)的運(yùn)用研究

張維樂(lè)

（佛山市測(cè)繪地理信息研究院 廣東佛山 528000）

1 引言

在工程地質(zhì)勘查實(shí)踐中，鉆探技術(shù)應(yīng)用廣泛。利用鉆探技術(shù)所獲得物質(zhì)分布、巖層地質(zhì)構(gòu)造等資料客觀可靠，如針對(duì)擬建場(chǎng)地地下結(jié)構(gòu)的工程勘查，采用鉆探技術(shù)所獲得分析結(jié)果更為詳細(xì)清晰。但是，鉆探技術(shù)也存在一定的局限性，該技術(shù)僅能依靠點(diǎn)線的方法探測(cè)地質(zhì)結(jié)構(gòu)，無(wú)法對(duì)區(qū)域地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行整體評(píng)價(jià)，所以無(wú)法滿足工程地質(zhì)勘查的需要。而物探技術(shù)則為解決鉆探技術(shù)的局限提供了可行方案。利用物探技術(shù)可以獲得詳細(xì)的巖體形狀、大小等信息，但是該技術(shù)較為復(fù)雜。鉆探與物探技術(shù)各有優(yōu)勢(shì)，也各自存在局限性，單純應(yīng)用其中一種技術(shù)明顯已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代工程地質(zhì)勘查的要求。因此，要求將兩者緊密結(jié)合起來(lái)，優(yōu)劣互補(bǔ)，從而在工程地質(zhì)勘查中獲得更為詳細(xì)準(zhǔn)確的勘查成果，進(jìn)一步提升工程地質(zhì)勘查的技術(shù)水平。

2 工程地質(zhì)勘查

在擬建區(qū)建筑工作施工前，應(yīng)對(duì)其潛在的地質(zhì)情況進(jìn)行勘查，勘查資料的詳細(xì)完整是保證工程建設(shè)順利實(shí)施的前提。同時(shí)，還需要安排合理有效的工程實(shí)施方案，對(duì)于不良地質(zhì)可能存在的威脅，都要提早預(yù)防和制定有效的解決方案。

地下不同地質(zhì)結(jié)構(gòu)體的物理場(chǎng)存在性質(zhì)差異，利用地質(zhì)雷達(dá)、瑞雷波法、直流電阻法等探測(cè)方式，能夠?qū)こ痰刭|(zhì)可能潛在的問(wèn)題進(jìn)行勘查。工程地質(zhì)的勘查方法主要有物探和鉆探，由于在技術(shù)上的限制因素，鉆探難以取得宏觀數(shù)據(jù)，使用物探方法針對(duì)巖層的分析能夠從宏觀方向得到較準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，兩者各有優(yōu)勢(shì)，如表1所示。

由表1可知工程地質(zhì)勘查技術(shù)各有優(yōu)勢(shì)，其中物探技術(shù)在運(yùn)用過(guò)程中，探測(cè)結(jié)果更加準(zhǔn)確、探測(cè)效率更高、設(shè)備損壞的可能較低。而鉆探技術(shù)則以其自動(dòng)化、簡(jiǎn)單方便、省時(shí)為主，把兩者結(jié)合起來(lái)則能夠?qū)⒐こ痰刭|(zhì)勘查工作高效高質(zhì)的進(jìn)行。

3 常用的勘查方法

對(duì)于地質(zhì)勘查的常用技術(shù)方案，在多年來(lái)，都是以鉆探技術(shù)為主，但是單獨(dú)使用鉆探技術(shù)的片面性和局限性隨著時(shí)間的推移越來(lái)越明顯，只有將物探與鉆探的方法結(jié)合起來(lái)的復(fù)合技術(shù)才能夠更好的解決此類問(wèn)題，并能保證工程地質(zhì)勘查數(shù)據(jù)的可靠性更高，對(duì)于勘查對(duì)象的損害也可以降到最低限度。相關(guān)的方法主要有以下幾個(gè)方面：

表1 各勘探方法對(duì)比

3.1 瑞雷波法勘查技術(shù)

與其他勘查技術(shù)相比，瑞雷波法勘查技術(shù)更為新穎并且在其實(shí)踐運(yùn)用過(guò)程中也廣受好評(píng)。運(yùn)用此技術(shù)探測(cè)采取了穩(wěn)定狀態(tài)與瞬時(shí)狀態(tài)相結(jié)合的方式。當(dāng)勘查處于穩(wěn)定狀態(tài)階段時(shí)存在一定的不足，如資金耗費(fèi)多，設(shè)備所需體積更大等，因此穩(wěn)定狀態(tài)的瑞雷波法勘查技術(shù)應(yīng)用較少并沒(méi)有獲得廣泛應(yīng)用。另一方面當(dāng)勘查技術(shù)處于瞬時(shí)狀態(tài)時(shí)技術(shù)優(yōu)勢(shì)更為明顯，其設(shè)備所需條件更少，設(shè)備更為簡(jiǎn)單，因而瞬時(shí)狀態(tài)的瑞雷波法勘查技術(shù)較穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)應(yīng)用更為廣泛。瞬時(shí)狀態(tài)的測(cè)試信號(hào)源自地面產(chǎn)生的地震波，在其作用的整個(gè)區(qū)域內(nèi)能夠使瑞利波集中分布，同時(shí)結(jié)合反射波完成正演與反演，并且瞬時(shí)瑞雷波法兼容性更強(qiáng)，技術(shù)更為智能。

3.2 地質(zhì)雷達(dá)勘查技術(shù)

相對(duì)而言，地質(zhì)雷達(dá)勘查技術(shù)較為復(fù)雜，在分辨率、探測(cè)深度等方面存在限制?，F(xiàn)階段引用最為廣泛的是由寬角法與剖面法組成的雙天線地質(zhì)雷達(dá)的觀測(cè)技術(shù)。寬角法即一個(gè)天線固定不變同時(shí)另一個(gè)沿測(cè)線移動(dòng)，通過(guò)探測(cè)分析雷達(dá)波在地層中反射率差異，計(jì)算獲取地層介質(zhì)的分布狀況。剖面法就是兩個(gè)天線即發(fā)射接收天線在一定的間距下同步移動(dòng)，從而獲取數(shù)據(jù)。地質(zhì)雷達(dá)勘查技術(shù)需要使用專業(yè)軟件進(jìn)行實(shí)時(shí)探測(cè)分析，運(yùn)用濾波、增益校準(zhǔn)等多種技術(shù)獲取相應(yīng)的分析效果。

地質(zhì)雷達(dá)勘查技術(shù)在工程實(shí)踐過(guò)程中，其技術(shù)設(shè)備操作簡(jiǎn)單，便于攜帶，抗干擾能力較高，數(shù)據(jù)處理后所得圖像分辨率更高，廣泛應(yīng)用于地質(zhì)勘查、道路空洞檢測(cè)、考古探測(cè)等領(lǐng)域。在云南探測(cè)地下溶洞案例就充分利用了地質(zhì)雷達(dá)勘查技術(shù)，有效避免了施工過(guò)程中溶洞的影響。然而在無(wú)法獲取地層下真實(shí)情況時(shí)僅利用物探技術(shù)進(jìn)行探測(cè)計(jì)算存在明顯不足，如針對(duì)性低、成本較高等，該工程在運(yùn)用地震雷達(dá)探測(cè)的方法，得到了較為精確的測(cè)量成果。

3.3 直流電阻勘查技術(shù)

直流電阻勘查技術(shù)是利用一系列專業(yè)設(shè)備，從觀測(cè)點(diǎn)開始直至地下的一種勘查技術(shù)。它可以通過(guò)電阻率的實(shí)際分布獲取地下巖層的分布情況與規(guī)模，因此該技術(shù)廣泛運(yùn)用到眾多工程勘測(cè)中。目前高密度電阻率勘查技術(shù)在城市規(guī)劃建設(shè)等各領(lǐng)域的發(fā)展突飛猛進(jìn)，在淺層的地下巖體探測(cè)中居于主導(dǎo)地位。在勘查過(guò)程中，針對(duì)地下垂直一定范圍內(nèi)的異常體具有良好的探測(cè)效果，然而隨著傾角的增大，電阻勘查的難度也會(huì)隨之提高。綜上所述，基于直流電電阻勘查技術(shù)，只適用于中小型項(xiàng)目。

4 應(yīng)用實(shí)例

案例：對(duì)某煤礦工作層采取探放水技術(shù)的設(shè)計(jì)上采用物探和鉆探技術(shù)相結(jié)合。

地層簡(jiǎn)介：工作面的煤層平均厚度5.75m，最高6.3m，煤層較厚，且煤層傾角平均7°，最高16°。煤層頂以粉砂巖、泥巖等構(gòu)成，底部則以砂質(zhì)泥巖構(gòu)成。煤層裂縫含水層，富水能力較差，裂縫中含水會(huì)通過(guò)滲透滲出。

設(shè)計(jì)：根據(jù)“先物后鉆，先探后掘”的原則，利用物探和鉆探相結(jié)合，先用瞬變電磁儀進(jìn)行物探，分析異常的低阻區(qū)是否存在，再用鉆探進(jìn)行查驗(yàn)。

4.1 物探施工

物探采用瞬變電磁場(chǎng)技術(shù)，向接地線源下方發(fā)射脈沖波，或者不接地回線發(fā)射脈沖電磁波，并觀察渦流場(chǎng)的發(fā)射變化。對(duì)于頂板和底板低阻的實(shí)際狀況，以及分布情況，對(duì)裂縫含水層的水力進(jìn)行勘測(cè)，對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，為科學(xué)治理提供物探方案。

4.2 鉆探施工

利用鉆孔技術(shù)進(jìn)行探水是礦井檢測(cè)的常用方法，該方案的布置要素包含鉆孔密度、掘進(jìn)長(zhǎng)度、幫距等，形式上呈現(xiàn)扇形與半扇型，依據(jù)不同的掘進(jìn)方案選擇相應(yīng)的形式。根據(jù)實(shí)際情況提高礦井的排水能力，完備隔水系統(tǒng)，保證礦井安全。

4.3 結(jié)果

所開發(fā)的礦層并未發(fā)生突水現(xiàn)象，當(dāng)產(chǎn)生頂板裂隙水和地質(zhì)發(fā)生改變時(shí)，也能夠隨時(shí)使用勘查和排放的方案，以防漏水等工業(yè)事故的發(fā)生。

5 結(jié)語(yǔ)

在工程勘查過(guò)程中，鉆探技術(shù)僅能采取點(diǎn)線探測(cè)方式，而物探技術(shù)本身也存在局限性，因此在針對(duì)地下巖層進(jìn)行探測(cè)的過(guò)程中單純應(yīng)用一種技術(shù)勘查無(wú)法取得準(zhǔn)確的地下巖體信息。只有將兩種技術(shù)有效的結(jié)合起來(lái)，才能取得更好的勘查效果。