物探與鉆探在工程地質(zhì)勘察中的應(yīng)用

王恒勛

（池州市規(guī)劃勘測設(shè)計總院有限公司，安徽 池州 247100）

近年來，我國社會經(jīng)濟飛速發(fā)展，使得各個行業(yè)都有了長足的進步，在此背景下我國的建設(shè)工程數(shù)量猛增。對于建設(shè)工程來說，地質(zhì)勘察是重中之重，做好工程的地質(zhì)勘察工作十分重要，這就要求了有關(guān)人員盡量在最短的時間內(nèi)探明項目所在地工程條件，對各種勘察方法有清晰的認識并能靈活運用。

1 物探法與鉆探法

1.1 物探法

對于工程地質(zhì)勘察人員來說，每天都要和各種各樣的巖石打交道，不同的巖石其物理特質(zhì)不同，物探工作人員需要運用各種儀器檢測并探查巖石的密度、彈性、磁導和電導率等諸多特質(zhì)，以了解巖石的地理場內(nèi)的諸多物理變化，對現(xiàn)場的地質(zhì)構(gòu)造特點有一個預估。通常使用的物探形式有重力勘察、磁力勘察、電法勘察、地震波勘察等。物探法的運用，能夠?qū)^大的勘察范圍進行迅速勘察，快速獲取高精度的資料。由于物探勘察屬于間接性方法，因此對獲得的資料還要進行細致的探究[1]。

1.2 鉆探法

鉆探法是比較直接的一種勘察方法，即工程地質(zhì)勘察技術(shù)人員先運用鉆機在施工場地上鉆孔，以提取所需的樣本，再根據(jù)所提取的樣本進行剖析，對巖石的諸多特質(zhì)進行描述，從而根據(jù)巖石的特質(zhì)來對地質(zhì)結(jié)構(gòu)、負面的地質(zhì)現(xiàn)象地下水的具體情況有一個直觀了解。鉆探法是取得地質(zhì)資料最直接的勘探方法，但是它有一個很大的缺陷，即耗時較長，同時作業(yè)強度和成本都較高[2]。

2 物探在工程地質(zhì)勘察中的應(yīng)用

2.1 電法勘察

電法勘察是運用直流或交流電場對地質(zhì)情況實行勘察，在具體使用時可以分為多種方法，其中最為常用的是電阻率法。電阻率法能夠明確巖石層的特質(zhì)，迅速探尋到斷層所在位置，對于地質(zhì)的風化、地下水的位置以及巖溶狀況都能進行勘察[3]。電阻率法又可以分為電測法和電剖面法，在工程地質(zhì)勘察時經(jīng)常會運用電測探法中的對稱四極電測深法和環(huán)形電測深法。對稱四極電測深法用于探測地層和基巖分化情況以及地下水深度等諸多情況，而環(huán)形電測法則用于探測巖層的走向以及斷層和巖溶發(fā)育等情況[4]。

2.2 地震勘探

地震勘察是運用彈性波在地殼中的傳播來實行勘察。地震勘察的方法很多，依據(jù)地震波大小情況，可以把地震勘察分成高頻地震波、中頻地震波以及低頻地震波3種，其中高頻地震波在工程地質(zhì)勘察中運用最多。高頻地震波主要用于探查覆蓋層的厚度、斷層狀況以及巖石特質(zhì)等內(nèi)容；中頻地質(zhì)波主要用于探測深度在100m以上的地質(zhì)情況，如隧道勘察工作；低頻地震波主要用于大范圍的結(jié)構(gòu)探測。地震勘察法通常適用于地形平穩(wěn)、地質(zhì)接口平坦、巖石均一、波速差異大的工程區(qū)域的勘察[5]。

3 鉆探在工程地質(zhì)勘察中的應(yīng)用

鉆探是一種十分有效的勘察方法，它的用途十分廣泛，在不同的建筑物或不同的勘察階段中都需要用到鉆探方法。鉆探方法有其獨特性，除了受自然因素影響小、鉆進深度小以及鉆孔目的具有綜合性，其對鉆進方法、鉆孔結(jié)構(gòu)有著的特別要求。地質(zhì)鉆探對巖心獲取率的要求較高，要求巖層不低于80%，在獲取巖心軟弱夾層及斷層帶困難的情況下要求也不能低于60%。不同對象所運用的鉆進方式也不同，但都要保障巖心的獲取率。對地下水位和水文地質(zhì)進行勘察時，要保障鉆孔的結(jié)構(gòu)和含水層的位置與其他需要相互吻合。在對土層實行鉆進工作時，要先用干鉆，并適當縮短鉆程。和與物探相比，鉆探有著穿梭性優(yōu)勢，它能夠在大多數(shù)環(huán)境下使用，地質(zhì)對其的影響微乎其微，同時其勘察深度也較深。但其也存在一些困難，如對一些地質(zhì)結(jié)構(gòu)比較復雜的情況不能進行直接觀察，巖心的獲取也比較困難，使得鉆探的精確度大大降低，導致勘察工作達不到標準需要[6]。在工程地質(zhì)勘察中，鉆探方法的運用也有很多種方式，包括沖擊鉆探、回轉(zhuǎn)鉆探、沖擊回鉆探、振動鉆探等，其中沖擊鉆探及回擊鉆探的運用較為普遍，尤其是在地質(zhì)勘察中。

4 物探與鉆探相結(jié)合在地質(zhì)勘察中的應(yīng)用

4.1 直流電阻率法與鉆探的應(yīng)用

在工程地質(zhì)勘察中常常會遇見目標體埋深小、規(guī)模也不是很大的情形，在運用電法勘察時就需要點距相對較小、數(shù)據(jù)采集密度高，在這種情況下常用的電法作業(yè)就會導致精確度不高及效率低下的情況。當前，地下巖土勘察普遍使用的方式就是電阻率法。高密度電阻率法可用于二維地電斷面檢測，兼具常規(guī)剖面法與測深法的功能，埋設(shè)一次導線后就能夠?qū)崿F(xiàn)成百上千個記錄點的數(shù)據(jù)檢測；而且數(shù)據(jù)經(jīng)過自動采集系統(tǒng)收集之后，相關(guān)人員能夠運用處置軟件完成資料在現(xiàn)場的及時處置，極其適用于勘測過程中針對地下目標物的探測。高密度電法在野外工作中的安裝方法相對較多，電極總數(shù)及點距可以根據(jù)現(xiàn)場情況與勘測深度選擇。一般情況下，在掃描測試固定斷面時，可以將電阻率的斷面當作梯形解析面；當進行變斷面反復滾動掃描檢測時，可以把電阻率斷面看成平行四邊形解析面。對高密度的斷面電阻率數(shù)據(jù)進行反演剖析，可以借助邊界單元法、有限單元法和目標有關(guān)算法3種方式[7-8]。這3種方式各有優(yōu)勢，可以根據(jù)巖土層面的詳細狀態(tài)選取。在廣東某工程地質(zhì)勘察時就運用了直流電阻率與鉆探方法結(jié)合的方法。該工程在勘察時探尋到3個施工地質(zhì)鉆孔，獲得巖層的基本分布情況，其中最下層是疊系灰?guī)r，最上層為砂卵石層，由于灰?guī)r的巖面起伏大，當時沒有發(fā)現(xiàn)內(nèi)部有溶洞存在，但在深入施工后發(fā)現(xiàn)一個大溶洞。在此情況下，施工方運用直流電阻率探測法與鉆探配合，對鉆孔深度進行校正，先利用高密度電阻率測量，獲得地下基巖層面情況，后經(jīng)鉆孔勘測驗證，電阻率測量基本準確，與實際的施工情況吻合[9]。

4.2 地質(zhì)雷達與鉆探的應(yīng)用

地質(zhì)雷達的便捷性強，抗干擾能力也較為突出，且其分辨率極高，多應(yīng)用于公路業(yè)務(wù)和考古業(yè)務(wù)。地質(zhì)雷達的勘察深度和分辨率常與天線中心頻數(shù)有關(guān)，同時也與天線距離以及偶極方向的各種數(shù)值有關(guān)，還同地下物質(zhì)載體的帶電性質(zhì)和電磁波在地下傳播速率相互關(guān)聯(lián)。就其勘測方法而言，主要有剖面和寬角2種方法。剖面法，即發(fā)射天線和收取天線使用定樁式進行間隔固定，順著線同時、同速進行運動，一次運動為一個記錄點，形成的一整條測線記錄便是地質(zhì)雷達的勘察圖像。該圖像可以很好地體現(xiàn)出被測地的實際地質(zhì)情形[10]。寬角法需要先固定一根天線，另一根天線則順著測線運動。該方式主要是對地下各層的波進行記錄，通過波在不同層的速度和特點的相關(guān)數(shù)據(jù)了解地下狀況。山東某廠區(qū)內(nèi)的道路裂紋施工就運用了地質(zhì)雷達法和鉆探。首先運用地質(zhì)雷達對施工區(qū)域的土層進行探測，電磁波頻率調(diào)整到108Hz，運用反射波確立地下物體位置；然后使用鉆探法來證實該區(qū)域溶洞情況，并根據(jù)地質(zhì)雷達和鉆探方法結(jié)合探測的結(jié)果，制定溶洞處理方案。

4.3 瑞雷波法與鉆探的應(yīng)用

瑞雷波法作為一種最新型工程地質(zhì)勘察方法，一經(jīng)問世就受到了地質(zhì)勘察者的歡迎。瑞雷波沿地面表層進行傳播，其中表層的厚度大約為一個波長，所以相同波長的瑞利波映射出地質(zhì)條件在水平方向的實際情況，同時不同波長傳播特質(zhì)也表現(xiàn)出了不同深度的特質(zhì)，波長的控制是由頻率來決定的。瑞雷波還有另一種叫法，即面波，其在收取與辨別上較為復雜，瑞雷波波速的確立對巖土力學參數(shù)作用至關(guān)重要，其當前主要用于測試及探究巖體的彈性力學數(shù)值和表面層地質(zhì)組成等。瑞雷波不僅擁有很強的穩(wěn)定性，同時也有著瞬間爆發(fā)力存在，即瞬間動態(tài)。瑞雷波分為穩(wěn)定瑞雷波和瞬態(tài)瑞雷波，由于穩(wěn)態(tài)瑞雷波設(shè)備較為龐大笨重，同時成本較高，因此在工程地質(zhì)勘察中已被棄用；而瞬態(tài)瑞雷波則恰恰相反，瑞雷波法的瞬間動態(tài)速度十分快，同時其設(shè)備也較為簡便，因此擁有著很強大的快捷性。露天煤礦的開挖平臺經(jīng)常會用到瑞雷波方法，在對其應(yīng)用時，勘察人員可以構(gòu)建一種與瑞雷波變化情況相關(guān)的實際鉆探得到的鉆孔柱狀圖。深入研究該圖可以發(fā)現(xiàn)，圖表內(nèi)容的“之”字形曲線觀點位置和鉆探鉆孔分層位置維持相同的速度以及方向，基于此開展線條測線觀測和鉆探資料校正工作，可以對地下煤層的空間結(jié)構(gòu)脈絡(luò)有清晰的了解。

5 結(jié)束語

綜上所述，物探法與鉆探法各有優(yōu)缺點，這就需要工程的有關(guān)人員不斷總結(jié)測繪經(jīng)驗，根據(jù)現(xiàn)場的具體情況與工程項目的要求，靈活運用，實行精細化勘測作業(yè)，不斷提高工程地質(zhì)勘察的質(zhì)量。