綜合物探在巖溶勘察中的應(yīng)用分析

龔春榮

【摘? 要】巖溶地形由于長(zhǎng)期受到外界環(huán)境的影響，致使其在道路施工過(guò)程中容易有安全隱患，綜合物探法的引入可以為其施工提供一定的理論依據(jù)與借鑒。綜合物探方法的順利實(shí)施需要專業(yè)人才根據(jù)不同地域的地質(zhì)結(jié)構(gòu)制定詳細(xì)的施工計(jì)劃。綜合物探法主要包括直流電法、瞬變電磁法、地震波法和電磁波法，不同的方法在實(shí)際施工操作中具有明顯的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)，能夠根據(jù)巖石層礦物質(zhì)結(jié)果發(fā)射不同的信號(hào)波，進(jìn)而為施工提供技術(shù)指導(dǎo)。

【Abstract】Karst topography is affected by the external environment for a long time， so it is easy to have hidden dangers in the process of road construction. The introduction of integrated geophysical exploration method can provide a certain theoretical basis and reference for its construction. The successful implementation of the integrated geophysical exploration method requires professionals to make detailed construction plans according to the geological structure of different regions. The integrated geophysical exploration method mainly includes direct current electric method， transient electromagnetic method， seismic wave method and electromagnetic wave method. Different methods have obvious advantages and disadvantages in actual construction operation， and can emit different signal waves according to the mineral results of the rock layer， thus providing technical guidance for construction.

【關(guān)鍵詞】綜合物探;巖石勘察;應(yīng)用

【Keywords】integrated geophysical exploration; rock prospecting; application

【中圖分類號(hào)】P631;P642.25? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號(hào)】1673-1069（2021）03-0173-02

1 引言

我國(guó)地域廣闊，土地地質(zhì)類型豐富，巖溶地形主要分布在西南和西北地區(qū)。巖溶地形又被稱為喀斯特地貌，是由于可溶性巖石長(zhǎng)期受到外界液體浸泡和腐蝕而形成的獨(dú)特地質(zhì)類型。由于我國(guó)西南和西北地區(qū)不僅喀斯特地貌較多，而且存在較多山區(qū)，致使道路施工過(guò)程中存在一定的問(wèn)題。為了簡(jiǎn)化道路施工難度，針對(duì)巖溶地形的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，可以采用綜合物探的地質(zhì)勘探方法。

2 綜合物探地質(zhì)勘探方法運(yùn)用的原則

2.1 專業(yè)的人才

地質(zhì)勘探工作具體實(shí)施之前，需要物探人員根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)結(jié)構(gòu)和工程任務(wù)，制定詳細(xì)的工作方案。一般而言，工作方案包括整個(gè)施工工期、具體的物性差異、作業(yè)區(qū)域的地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征、施工要求、所需要的特殊注意事項(xiàng)等。與此同時(shí)，還需要對(duì)物探方法的理論基礎(chǔ)、基本原理、操作技巧、費(fèi)用、機(jī)械等方面有一定的熟悉度。因此，相關(guān)的工作人員要具備地質(zhì)學(xué)、力學(xué)、工程學(xué)理論知識(shí)，同時(shí)要熟悉一線施工工程，這樣才能將理論知識(shí)與實(shí)際勘測(cè)過(guò)程相結(jié)合。

2.2 因地制宜

巖溶勘測(cè)中所涉及的物探目標(biāo)繁多，既包括了解地質(zhì)中礦物質(zhì)含量，判斷是否適合道路修建等，在具體的施工過(guò)程中，還要根據(jù)不同的任務(wù)目標(biāo)采取不一樣的物探方法，只有這樣才能保證物力、財(cái)力和人力最節(jié)約的前提下，完成勘測(cè)目標(biāo)。

2.3 具體工作細(xì)節(jié)

在綜合物探法運(yùn)用過(guò)程中，要落實(shí)到勘測(cè)工作的方方面面，如測(cè)線、測(cè)點(diǎn)等。同時(shí)要注重整體工作量和費(fèi)用的把握，在具體的施工目標(biāo)指導(dǎo)下，盡可能地堅(jiān)守測(cè)線或者測(cè)點(diǎn)。綜合物探法的工作內(nèi)容主要包括水平分辨率、垂直分辨率和探測(cè)深度。

3 綜合物探在巖溶勘察中的具體應(yīng)用

3.1 直流電法

直流電法是以巖石層的電學(xué)性質(zhì)為基礎(chǔ)，針對(duì)不同巖石層的電場(chǎng)變化來(lái)進(jìn)行地質(zhì)勘測(cè)的一種方法。由于巖石中成分存在一定的差異，其導(dǎo)電性也具有一定的差異。在具體的操作中，需要人工向巖石層輸入穩(wěn)定的電流，并觀察整個(gè)地質(zhì)結(jié)構(gòu)中電流場(chǎng)的變化，在此基礎(chǔ)上確定巖石層中礦物質(zhì)的含量和該區(qū)域的地質(zhì)結(jié)構(gòu)。

在我國(guó)漳泉鐵路巖頂隧道進(jìn)出口處，為了查明泥石流和滑坡等現(xiàn)象出現(xiàn)的原因，即采用了直流電法，通過(guò)對(duì)不同深度和同一深度的不同點(diǎn)位的電流和電阻測(cè)量發(fā)現(xiàn)其剖面中存在電阻異常的點(diǎn)位，從而發(fā)現(xiàn)是由于其長(zhǎng)期與地下水作用而造成了風(fēng)化，進(jìn)而致使整個(gè)隧道牢固性較差，存在薄弱環(huán)節(jié)而導(dǎo)致了坍塌情況。

3.2 瞬變電磁法

瞬變電磁法是指在電路系統(tǒng)中利用不接地回線向地下巖石層發(fā)射脈沖的方法，通過(guò)發(fā)射過(guò)程中引發(fā)的二次感應(yīng)渦流場(chǎng)，來(lái)探測(cè)地質(zhì)層電阻的一種方式。簡(jiǎn)而言之，瞬變電磁法主要利用電磁感應(yīng)定律，根據(jù)磁場(chǎng)中成分和衰減率，來(lái)檢測(cè)電磁場(chǎng)的強(qiáng)與弱。

該方法在施工過(guò)程中具有較高的施工效率，是煤田和水文地區(qū)施工的首選方法。同時(shí)，由于在檢測(cè)的過(guò)程中是通過(guò)高阻物質(zhì)尋找低阻物質(zhì)的方式，因此，其對(duì)地形并無(wú)特殊要求和影響。在具體的施工過(guò)程中，通過(guò)瞬變電磁法給喀斯特地形區(qū)域增加新的磁場(chǎng)時(shí)，這些磁場(chǎng)會(huì)釋放出更多的能量和氫原子，使原來(lái)的磁場(chǎng)能夠接受一定的能量，形成大的電流，從而獲得激勵(lì)磁場(chǎng)，增加信噪比。

然而瞬變電磁法在工作過(guò)程中也存在一定的局限性。一方面，其容易受巖石層中的金屬屬性影響。當(dāng)巖石層具有大量的金屬類物質(zhì)時(shí)，其勘測(cè)結(jié)果往往不是很準(zhǔn)確，此時(shí)則可以通過(guò)直流電法作為一種補(bǔ)充，來(lái)減少金屬對(duì)于結(jié)果的影響，以提高監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。另一方面，當(dāng)?shù)貙颖砻鎿碛械妥鑼拥V化帶時(shí)（目前我國(guó)的陜西、云南等地區(qū)地層中可能充滿石墨層）也會(huì)影響數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，因此瞬變電磁法要結(jié)合地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行使用。

為了保證測(cè)量過(guò)程中的準(zhǔn)確性，要注重整個(gè)測(cè)量過(guò)程的結(jié)果記錄，通過(guò)對(duì)相關(guān)電流結(jié)果和數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)，來(lái)推斷土地層的底層構(gòu)造。

3.3 地震波法

地震波法是以人工激發(fā)的地震彈性波在不同礦物質(zhì)構(gòu)成的巖石層中的不同傳播特點(diǎn)來(lái)發(fā)現(xiàn)地質(zhì)的構(gòu)造。主要分為反射波法和面波法。

反射波法是指反射波沿測(cè)線的反射時(shí)距曲線來(lái)確定反射界面深度與構(gòu)造形態(tài)。一般在巨厚的沉積巖分布地區(qū)，當(dāng)進(jìn)行工程施工時(shí)，反射波可接收到幾公里距離內(nèi)的反射面，根據(jù)探測(cè)到的物質(zhì)情況，可以對(duì)周邊的地質(zhì)構(gòu)造有清晰的了解。同時(shí)根據(jù)反射波數(shù)據(jù)可以計(jì)算出其覆蓋層的物質(zhì)和傳播速度。這種工作方法在實(shí)際操作中具有高效、準(zhǔn)確、快捷的特點(diǎn)。但是由于其受到周邊其他觀測(cè)點(diǎn)的激光數(shù)據(jù)影響比較大，當(dāng)受到干擾時(shí)容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確的現(xiàn)象，因此在操作中要及時(shí)消除干擾點(diǎn)。

面波法是基于面波的頻散特性和其傳播特點(diǎn)而成的巖石勘測(cè)技術(shù)，主要用來(lái)解決工程施工過(guò)程中的地質(zhì)勘測(cè)問(wèn)題。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)巖石中介質(zhì)比較均勻時(shí)，其速度會(huì)隨著深度的加深而增加，當(dāng)出現(xiàn)不同的介質(zhì)層面時(shí)，則會(huì)出現(xiàn)“Z”字型變化，這種變化只要體現(xiàn)在地表接收到信息從上一層漏能型波轉(zhuǎn)入下一層漏能型面波。

以國(guó)道205福建省沙縣至三明市一段為例，運(yùn)用面波法檢測(cè)的圖形如圖2所示，當(dāng)檢測(cè)深度在21.8cm和36cm時(shí)整個(gè)波線出現(xiàn)了明顯的變動(dòng)，則表明21.8cm處是水泥路面與地下介質(zhì)層的分界線，36cm時(shí)穩(wěn)定層與底層的分界線。通過(guò)這種方法的運(yùn)用可以根據(jù)不同的介質(zhì)層面的差距采取不同的施工方法。

3.4 電磁波法

電磁波（CT）探測(cè)方法是在施工過(guò)程中選取兩個(gè)鉆孔，一個(gè)孔發(fā)射電磁波，另一個(gè)孔接收電磁波，通過(guò)探測(cè)孔間地層對(duì)發(fā)射電磁波的吸收程度，來(lái)推斷解釋兩孔間的地質(zhì)及構(gòu)造情況。電磁波探測(cè)技術(shù)目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于雷達(dá)探測(cè)、地質(zhì)勘測(cè)、巖層勘測(cè)等方面。

以石馬隧道工程勘察為例，圖3是ZK2-1與ZK2號(hào)孔的剖面CT處理結(jié)果，圖中清晰地反映高吸收與弱吸收帶，剖面中高吸收帶主要分布在淺部靠ZK2-1號(hào)孔和ZK2號(hào)孔底部一帶，中部無(wú)高吸收異常，表明巖性完整，無(wú)破碎裂隙存在。ZK2-1號(hào)孔上部高吸收異常區(qū)規(guī)模較大，表明上部風(fēng)化強(qiáng)烈，隨深度加深，吸收減弱，反映基巖完整。ZK2號(hào)孔深部80～100m間有一明顯高吸收異常帶，并向西傾斜，解釋為裂隙發(fā)育帶。

4 結(jié)語(yǔ)

綜合物探技術(shù)通過(guò)多種技術(shù)手段，根據(jù)不同地區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)，采取不同的物探方法，結(jié)合電阻、電波等來(lái)分析巖溶勘測(cè)的特點(diǎn)，并根據(jù)相關(guān)的數(shù)據(jù)對(duì)接下來(lái)的施工提出指導(dǎo)性的建議，對(duì)發(fā)現(xiàn)的潛在問(wèn)題進(jìn)行及時(shí)糾正。綜合物探技術(shù)的應(yīng)用對(duì)于提高施工質(zhì)量、減少工程事故具有重要的意義與價(jià)值。隨著科研水平的不斷提高，技術(shù)的不斷更新，我國(guó)地質(zhì)勘測(cè)技術(shù)也在日趨完善，這也為我國(guó)工程施工提供了進(jìn)一步的安全保障。

【參考文獻(xiàn)】

【1】付德俊，湯昌旺，贠鵬.綜合物探在某房建高層基礎(chǔ)巖溶勘察中的應(yīng)用[J].工程地球物理學(xué)報(bào)，2019，16（01）：111-115.