物探法在工程勘察中的应用

1、物探法在工程勘察中的应用摘 要：在工程的选址中，综合地球物理方法由于从 不同的物性差异上给出同一地质本质的不同现象，可以使解 释的可靠性得到大大的提高，综合运用的效果能取长补短， 弥补一种方法解释的缺陷，提高解释的精度，因此，这是一 种行之有效的方法。关键词： 工程选址； 高密度电阻率法； 地质雷达； 原理； 方法中图分类号： P631 文献标识码： A 文章编号： 1000 8136（2012）030085021 工作原理1.1 高密度电阻率法工作原理 高密度电阻率法与常规直流电阻率法一样，是利用天然 或人工电场，对不同岩层的电性差异引起的电场异常，查明 岩层和构造等问题。高密度电阻率法首先

2、采用三电位电极系（即a、B、y装置），在地面上进行二维测量。后来研究提出阵列电探系统，它不仅增加了装置序列，而且可在井孔 中实现 CT 成像。 20 世纪 90 年代后，阵列电探系统开始往 三维电阻率测量方面发展，并成功地实现了少量电极、小网 格的正反演理论计算，研制出了各种各样的处理软件。三电 位电极系是将温纳四极、偶极及微分装置按一定方式组合所 构成的一种统一测量系统，该系统在实测中，只须利用电极 转换开关，便可将每四个相邻电极进行一次组合，从而在一 个测点便可获得多种电极排列的测量参数。高密度电阻率法 具有以下优点：电极布设一次性完成，减少了因电极设置 引起的干扰和由此带来的测量误差；能

3、有效地进行多种电 极排列方式的测量，从而可以获得较丰富的关于地电结构状 态的地质信息；数据的采集和收录全部实现了自动化（或 半自动化），不仅采集速度快，而且避免了由于人工操作所 出现的误差和错误；可以实现资料的现场实时处理和脱机 处理，根据需要自动绘制和打印各种成果图件，大大提高了 电阻率法的智能化程度。由此可见，高密度电阻率法是一种 成本低、效率高、信息丰富、解释方便且勘探能力显著提高 的电阻率法勘探新方法。1.2 地质雷达探地原理探地雷达技术是利用广谱电磁波 （主频为10103 MHz ） 确定地下介质特征的一种地球物理探测方法。其基本原理 是：首先由发射天线向地下发射高频宽带短脉冲电磁波

4、。同 时由接收天线接收来自地下空间不同深度介质界面的反射 波。电磁波在地下不同介质中反射时其路径、电磁场强度、 反射波波形特征等将随介质的电性、几何形态而变化。假设 地下半无限空间内存在 n+1层电性介质，则存在 n个电性 界面，设每个电性层厚度为 Hi,电磁波速度为 Vi,介电常数 为Ei，每个电性界面的反射波系数为 Ri，则有如下关系式：第 i 层反射系：第 i 层双程走时：(i = 1, 2, 3n)其中：下标 i 代表 i 个电性界面。探地雷达就是基于电 磁波反射信号特征研究地下各种地质现象的。2 工作方法及地电特征2.1 工作方法2.1.1 高密度电阻率法工作方法野外实际测量中先根据

5、勘测目的、勘测区域的大小及地 质条件确定需要采用的电极装置类型及测量布置方案,并按 照测量顺序准备好测量电极文件,然后进行电极的布置。安 置电极时要注意使电极与介质充分接触,尽可能减小接地电 阻,同时,要注意防止勘测中出现电极极化现象,宜采用不 极化电极。2.1.2 探地雷达工作方法 探地雷达具有不同的野外工作方法,根据实际工区的地质、地形条件的不同,测量方式可以选择剖面法、多次覆盖 法以及宽角法等。实际工作中测量参数如分离距、时窗以及 天线中心频率等,也可以根据不同要求进行选择,选择不同 的参数可以得到不同分辨率及不同探测精度的雷达图形。一 般情况下在正式进入工区以前应有目的地进行前期参数选

6、 择试验，以达到最佳探测效果。2.2 地电特征 地球内部不稳定的自然电流，其在地下空间中的分布随 时间发生变化。地电断面可大致反映工程选址地质断面情 况。由于相同的地层，电阻率可能不同，地电断面不一定与 地质断面完全一致。3 工程应用3.1 工程概况 本次物探对象为某厂的一处选址，检测目的是探明厂址 的区域不良地质情况，如岩溶、断层、裂隙等问题，此选址 视野广阔，地质表面为红黏土覆盖，地质有利于高密度电阻 率法与探地雷达工作。布置测线3条，0 + 30 m与0 + 90 m为雷达测线； 060 m 为电阻率法测线 1 条，见图 1。图 1 测线布置示意图3.2 电阻率法成果解释本次数据采集使用

7、 E60C 型高密度电阻率法完成，采用温纳装置进行测量，电极间距为5 m，电极数为56个。野外仪器接收到的原始数据传输至微机中，经过软件处理得出反 演图像，反映地下地质体电性特征视电阻率成像剖面。测试成果表明， 该场地地层大致分布较稳定， 埋深 39 m 以上一般可分为三个电性层， 第一电性层分布在该测区 82210 m处，深度在5 m左右，表现为高阻区，初步推断为岩 石层。第二电性层分布在 080 m，深度在5 m左右，以及 95210 m,深度在628 m处，表现为低阻区，推断为黏 土层。第三电性层埋深一般在 30 m 向下，其电阻率值较稳 定，为相对低阻区，估计为粉砂层。3.3 探地雷达

8、成图解释本次检测，采用拉脱维亚 Radar Systems 有限公司制造 的Zond - 12e型地质雷达，该仪器具有采集速度快、分辨 率高、软件功能强大等特点。根据检测目的，采用 100 MHz 的屏蔽天线，以点测记录的方式采集数据。探地雷达资料的地质解释是在数据处理后所得的探地 雷达时间剖面图像中分析反射波组的波形与强度特征。岩石 岩性相对均一雷达反射波几乎看不出明显的变化，反射波组 为细密直线型。黏土层由于层间含水率差异、风化程度的差 异等原因雷达反射波呈现出高幅、低频、宽幅并呈同相轴连 续性。黏土层与石灰岩层之间电性差异较大、速度界面较清 晰。石灰岩层中岩溶发育程度较弱或无岩溶层中反射

9、波组也 为细密直线型。当有岩溶发育时反射波波幅和反射波组将随 溶洞形态的变化横向上呈现出一定的变化。一般溶洞的反射 波为低幅、高频、细密波型，但当溶洞中充填风化碎石或有 水时，局部雷达反射波可变强。溶蚀程度弱的石灰岩的雷达 反射波组为高频、低幅细密波。对测线路1 (0+ 30 m )的雷达反射波研究发现，在测线水平方向25 m左右处存在溶蚀，不过溶蚀程度较弱，对 场地的影响较小；测线 2 (0+ 90 m)中基岩07.0 m处和 9.513.0 m处存在较严重的溶蚀作用， 13.023.0 m处发育 溶洞。上述溶蚀现象在其余测线上均有不同程度的反映，通 过对溶洞空间分布规律的分析可以看出：场地

10、溶洞没有在场 地造成太大的影响，场地主要以黏土层为主，雷达反射波主 要呈现出高幅、低频、宽幅，与实际地质表面相吻合。4 结束语( 1 )高密度电阻率法特点是数据采集密度大，工作效 率高，数据反演时自动化程度高，能直观地反映地下电性异 常体的形态，可以定性的确定各种异常地质的位置。( 2)探地雷达是一种新的高分辨率地球物理探测技术， 岩溶地质异常的波阻特征与围岩之间差异较大，从雷达剖面 上可以识别如溶洞、溶沟或溶槽这样的单个目标体，其所受 的影响因素很多， 如选择合适的天线频率、 恰当的工作参数， 这些要根据工程实际情况，才能得出满意的效果。( 3)综合运用这两种方法，查明选址区的不良地质情 况

11、，能够取长补短，提高解释精度。得到的结果为对特定的 区域处理后，铝业废料处置厂可以建在此区域。通过这两种 方法综合运用，高密度电阻率法和探地雷达能相互补充。高 密度电阻率法能确定不良地质的长度，在深度上效果不明 显，而地质雷达方法能更准确的确定深度。理论和实践证明：在工程的选址中，综合地球物理方法 由于从不同的物性差异上给出同一地质本质的不同现象，可 以使解释的可靠性得到大大的提高，综合运用的效果能取长 补短，弥补一种方法解释的缺陷，提高解释的精度，因此这 是一种行之有效的方法。参考文献： 1杨树流 .综合物探方法在大宝山矿采空区勘察中的 应用效果探讨 J .工程地球物理学报， 2009（02

12、） . 2马树平，赵红花 .工程物探在石家山隧道地质勘察 中的应用J.甘肃科技，2010 （19）.（编辑：王平）Geophysical Method s Application in EngineeringInvestigationsZhang ZhenAbstract: In the project location, integrated geophysical methods from different material difference give the same geological nature of the different phenomena that can explain reliability were significantly enhanced the effect of integrated use of each other, make up a kind of way to explain the defects and improve the