综合项目工程地球物理勘探

工程地球物理勘探 工程地球物理勘探（engineering geophysical exploration）解决土木工程勘察中工程地质、水文地质问题一种物理勘探办法，简称工程物探。它是以研究地下物理场（如重力场、电场等）为基本。不同地质体在物理性质上差别，直接影响地下物理场分布规律。通过观测、分析和研究这些物理场，并结合关于地质资料，可判断与工程勘察关于地质构造问题。 简史 早在17世纪人们便尝试用罗盘寻找磁铁矿，20世纪初，各种物探办法才广泛地用于找矿勘探与工程勘察。60年代以来，由于物理学、数学、特别是电子技术、计算机技术发展，大大增进了各种物探办法以及仪器设备发展与改革。例如，50年代工程物探惯用光点地震仪已被信号增强型地震仪以及轻便数字磁带地震仪所代替。地球物理场观测空间已从地面发展到地下（如地下物探）、水域（如海洋物探）、低空（如航空物探）以至空间遥感技术等。 长处 工程物探具备“透视性”、效率高、成本低以及可以在现场进行原位岩土物理力学性质测试等长处，在工程勘察中日益得到注重和发展。但是各种物探办法都具备条件性和局限性，多数办法还存在多解性，因而对的选取和运用各种物探办法，进行综合物探，并与既有地质、钻探资料作对比，才干获得好地质效果。 电法勘探 通过对人工或天然电场（或电磁场）研究，获得岩石不同电学特性资料，以判断关于水文地质及工程地质问题。当前，最惯用是直流电法勘探，重要研究岩石电阻率和电化学活动性，可分为电阻率法、自然电场法和激发极化法等。 电阻率法 自然界中各种岩石导电性能不同。普通状况下，岩浆岩、变质岩和沉积岩中致密灰岩电阻率都很高，超过10～欧姆米，只有当它受风化,构造破碎时，由于含泥量增多，水分增长时，其电阻率值才降到102欧姆米级或更小。含泥质沉积物或含高矿化度地下水砂砾石层,其电阻率较低10～102欧姆米级。电阻率法惯用于探测风化壳厚度，覆盖层下新鲜基岩面起伏、盆地构造形态、储水构造，追索古河道，圈定岩溶发育带，拟定断层位置等。电阻率法工作原理如图1所示,通过A、B两个电极向地下供入电流IAB,并通过M、N两个电极测量供电所形成电位差ΔUMN。代入ρ＝KΔUMN/IAB式,便可计算出电阻率ρ。式中K为装置系数，由各电极间互相距离拟定。普通地下并非单一均匀地层,由上式计算电阻率并不代表某一地层真电阻率，故称为视电阻率ρs。电极排列方式（装置）不同,其探测效果亦异。例如,固定装置，沿剖面测线逐点测量视电阻率值，可获得沿剖面线视电阻率曲线，它反映岩性沿剖面线变化状况，称为电剖面法（图2）。若固定测点，不断扩大供电电极A、B距离，使电流在地下分布空间不断扩大，相应勘探深度则越来越深。其相应于不断增长电极距AB/2视电阻率曲线（电测深曲线），反映了电阻率随深度变化状况，即为电测深法。用量板或计算机程序对曲线作解释，可划分出不同深度、具备不同电阻率地层。 自然电场法 本地下水在孔隙地层中流动时，毛细孔壁产生选取性吸附负离子作用，使正离子相对向水流下游移动，形成过滤电位。因而作面积性自然电位测量，可判断潜水流向。在水库漏水地段可浮现自然电位负异常，而在隐伏上升泉处则可获得自然电位正异常。 充电法 在井孔含水层段注入盐水，并对其充电形成随处下水流动而运移带电盐水体。在地表观测到等电位线形状与带电盐水体分布形态关于。依照不同步间观测等电位线可以判断地下水流向并估算其实际流速。充电法还可以用作岩溶区地下暗河连通性实验或探查地下埋设金属管道等。 激发极化法 实验室研究表白，含水砂层在充电后来，断电瞬间可以观测到由于充电所激发二次电位，该二次电位衰减速度随含水量增长而变缓。在实践中运用这种办法圈定地下水富集带和拟定井位已有不少成功实例。但它在理论和观测技术方面尚有待改进。 地震勘探 通过研究人工激发弹性波在地壳内传播规律来勘探地质构造办法。由锤击或爆炸引起弹性波，从激发点向外传播，遇到不同弹性介质分界面，将产生反射和折射，运用检波器将反射波和折射波到达地面所引起薄弱振动变成电信号，送入地震仪经滤波、放大后,记录在像纸或磁带中（图3）。经整顿、分析、解释就能推算出不同地层分界面埋藏深度、产状、构造等。惯用于探测覆盖层或风化壳厚度，拟定断层破碎带，在现场研究岩土动力学特性等。可分为折射波法和反射波法两种。 折射波法 本地震波遇到上下速度v1、v2不同界面时，有一某些波将透过界面形成透射波,其透射角β与入射角α关系符合斯涅耳定律sinα/sinβ＝v1/v2。对于sinα＝v1/v2入射波可产生透射角β＝90透射波，并以v速度沿界面滑行。这种滑行波又引起第一种介质中质点振动而产生可传到地面折射波也称首波。图4是折射波传播示意图，在B点此前不形成折射波，称为盲区。因v不不大于v1在C点以外，折射波可比直达波先到达检波器。依照折射波时距曲线，可算出v1及v,从而推算出界面深度、产状等。v变化反映了界面如下岩性变化，配合地震波振幅衰减资料，可拟定界面如下岩层软弱带或断层破碎带。但是折射波法在盲区得不到记录，因而需要加大检波距。当下层速度v2不大于上层速度v1时，不也许形成折射波。 反射波法 反射波形成条件是界面两侧波阻抗地层速度与密度乘积有差别，差别越大反射波越强。图5是反射波传播示意图。由S点激发地震波遇到 RR′界面时将产生反射波。依照反射波从激发点到检波器传播时间，以及地层速度，便可计算从激发点S到反射界面RR′垂直距离以及界面倾向和倾角。当前由于采用信号叠加技术以及轻便可控振动器做振源，已经可以获得深度约50米，甚至更浅浅层反射记录。 以上所涉及激发方式重要产生纵波压缩波。在测定岩石动弹性模量时，惯用垂直于测线方向水平激发方式产生横波（剪切波）。水是不传递横波，故在水文地质、工程地质勘察中发展横波技术是有前景。 钻孔地震波测速法 在钻孔中运用直达波测定地层波速办法。有单孔法和跨孔法两种。单孔测速法是在孔口附近激振，在钻孔内不同深度上安顿探头测定直达波初至时间。探头是由两个互为正交水平检波器和一种垂直检波器构成。运用气压附壁装置，可使探头紧贴井壁。测定纵波速度vp时，须作垂直激振。测定横波速度vs时，须作水平激振，普通是在压有重物厚木板两端作水平振击以激发横波。依照直达波穿过某地层所需时间及该地层厚度可算出地层速度。跨孔法（图6）是在一种钻孔中激振，在相隔一定距离另一种钻孔中观测直达波到达时间。对于浅孔，可用木杆插入井底，在地面敲击木杆一端进行激振。在较深钻孔中可用“附壁式井下锤”激发横波。已知激振点到检波器距离以及直达波行进时间便可算出地层波速。 声波探测 运用声波（或超声波）对岩体进行探测办法。由于频率高、波长短，因而辨别率高。重要用于测定岩体物理力学参数、拟定洞室岩石应力松弛范畴、探测溶穴及检查水泥灌浆效果等。但是，由于岩石对高频波吸取、衰减和散射比较严重，因而探测距离不大。声波探测可分为积极和被动两种方式。 积极方式 由声源信号发生器（发射机）向压电材料制成换能器发射一电脉冲勉励晶片振动