浅析物探手段解决工程勘察中的难点问题

　　摘要：本文介绍了物探手段的原理与应用，归纳总结了现有物探仪器设备解决一些工程难点问题的事例，总结提出物探手段应用的要点，为相关工程提供借鉴。

　　关键词：物探 地质雷达 折射波

　　1、概述

　　1.1 物探技术的现状与发展

　　随着科学技术的进步，物探仪器设备的不断完善，物探技术从最初主要应用于矿产勘查、石油勘探、区域地质调查和深部地球物理研究等方面。逐步推广到水文地质勘察和工民建等工程岩土勘察中。特别是近十年来，电子计算机技术和数据处理技术的发展，新的物探方法、技术和仪器不断涌现，工程物探已经成为地质科学中，最为活跃、发展很快的、新兴的学科。目前，在岩土勘测中拓展和应用物探技术已成为衡量工程地质勘察现代化水平的重要标志。

　　1.2 电力工程勘测的特点及主要地质难点问题

　　1）电力工程的一般分为火力发电厂、变电所、架空输电线路等。工程等级相对较高，一般均为最高等级。工程选址一般要求避开深大断裂带或工程地质条件复杂的地域。因此，在初步可行性或可研设计阶段，岩土勘测的程度较低，勘测的精度要求不高，所涉及的工程地质难点问题也相对较少；

　　2）在初步设计或施工图设计阶段，岩土勘测的程度较高，勘测的深度和精度相对较高，工程勘测中地质难点问题很多。特别是在地基勘测中，对厂站址内的软弱夹层、透镜体、不均匀体的、基岩地基风化厚度、深厚中软土场地类别判定和多年冻土层、地下洞穴、管线等特殊地质体的勘测，常规的钻探或坑探手段有很大的局限性，稍有差错或疏漏就会对工程的设计、造价、工期产生重大影响。此外，对于目前快速发展的特高压输电线路工程塔基勘测来说，逐级逐腿勘测，点多面广，勘测深度大，精度要求高，受地质、地形条件和道路、工期、费用等因素影响较大。

　　3）随着特高电压电网建设的快速发展，要求我们不断提高技术水平，优质高效保证工程质量，赢得业主的信任和满意。首先要收集掌握本专业先进的技术手段并要在工程中运用，使勘测精细程度不断提高。传统勘察手段：主要以坑探、钻探为主，优点是揭露地层直观，但受地形地貌、交通条件、地层类别限制，工期时间较难控制。在经常接触的卵砾石地层，人工坑探达到勘察深度非常困难时，费力耗时，人工成本太大；满足技术要求，工期就较难达到要求。对基岩风化层及其覆盖层厚度的勘察，主要以地质调查、基岩露头判别、加经验分析，一般情况下误差较大。

　　2、物探方法与技术简介

　　2.1 物探方法的选择

　　1）电力工程物探采用的物探方法主要分为以岩土电学性质为基础的电法勘探，以介质弹性波传播理论为基础的地震勘探和近期快速发展的以高频电磁波传播理论与技术为基础的地质雷达探测技术三大类；

　　2）任何一种物探方法都有自身的局限性。除了物探固有的反演解释的多解性外，仪器观测精度、激发物理场的强弱，被探测体大小、埋深、与周围介质物性差异程度，工作布置，地形条件，周围环境干扰等都会制约其方法的有效性。选择多种物探方法配合，对比分析综合解释。是去伪存真、减少误差的唯一途径；

　　3）根据电力工程地基勘测工作程度高、探测深度一般5-20m的特点，我们主要采用了地震浅层折射波法勘测，地震波单孔法波速测试和地质雷达探测。这些物探方法主要具有抗干扰能力强、分辨率高，浅部探测精度可高达±0.5m、工作布置方便灵活，工效高、速度快可现场解释等特点。

　　2.2 地震浅层折射波法

　　1）基本原理：根据弹性波折射定律，人工激发的地震波在向地下传播的过程中，遇到波速为v1和v2两种介质时，将产生反射和透射波。当介质波速v1＜v2时，一部分透射波在入射角sinγ=v1/v2时，会成为沿介质界面以v2波速滑行的折射波，并以临界角γ衍射回到地面。通过地面观测折射波的时距曲线，即可计算出折射波在介质界面的传播速度和折射界面的埋藏深度等资料；

　　2）野外工作方法及资料处理：为了提高复杂地质条件下的勘测精度，折射波法勘测一般需采用完整对比观测系统，即相遇和追逐双重或多重观测系统。资料整理与解释一般由采用人机对话方式的计算机软件完成；

　　3）折射波法的优缺点：初至折射波比较容易识别，抗干扰能力强，探测深度范围广、精度高。除了能探测到地质界面埋藏深度，还同时获得反映地下岩性或岩体完整性参数的界面波速。在探测覆盖层分层及厚度、基岩风化层厚度、巨厚松散地层的潜水位或持力层等方面有较为明显的地质效果。不足之处是不能探测到高速地层下部的相对低速的地层；当勘测深度较大时，需要较大的勘测场地和较大的地震激发能量。

　　2.3 地质雷达探测技术

　　1）基本原理：地质雷达也称为探地雷达，通过地面发射天线以短脉冲的方式发射高频电磁波，电磁波在向地下直线传播的过程中，当遇到介质的物理性质存在较明显差异时，在介质的物性分界面上会按照惠更斯原理发生反射、折射和衍射；通过地面接收天线接收到地下返回的电磁波信号和旅行时间，在确定介质的电磁波速后，即可计算出反射界面的埋藏深度；

　　2）地质雷达的探测深度和分辨率与天线频率关系：天线频率高、探测深度小、分辨率高；天线频率低、探测深度大、分辨率低。因此，要根据探测对象的大小和埋深选择不同频率的天线。一般50MHZ天线最大探测深度20-30m，分辨率约85cm。100MHZ天线最大探测深度10-25m，分辨率约0.45cm。此外，地质雷达的探测深度与介质电导率也有很大关系，介质电导率越大、探测深度越小，介质电导率越小、探测深度越大；

　　3）地质雷达探测技术的优缺点：探测方法简单效率高。信息量大，易于高密度探测或重复探测。计算机解释图像直观。探测高电阻地层背景里的低电阻体效果较明显。高频或超高频天线探测异常解释明显好于低频率天线。低频率天线受低电阻层屏蔽影响较大；仪器较为昂贵，要配置多种天线。

　　3、总结

　　物探是一种间接的勘测手段，是通过地质体的已知物性表象或叫物理场来解释未知的地质问题。除其方法本身具有多解性外，物探成果还受制于物探仪器设备、物探方法、测试环境、地质条件、工作经验等因素的影响。因此，物探成果需要通过直接勘测手段来验证。未经验证的物探成果只是一种推测，只能综合引用。物探技术是一门实践的科学。只有通过实际应用和反复试验才能最终确定物探方法是否有能够解决某一实际的地质问题。

　　杨全红、张亚宁、杨润

关注读览天下微信， 100万篇深度好文， 等你来看……