浙江省地球物理地球化学勘查院浙江杭州 310005
摘要：工程物探作为工程勘察的重要手段，凭借着高效、无损、高密度、低成本的特点，在场地基础勘察中发挥着重要的作用。但单一的物探方法会受到地质及地球物理条件的限制，从而使物探精度受到影响。采用综合物探方法可以提高物探成果的分析质量和地质解释精度，满足工程勘察的要求。这里结合工程实例，使用高密度电法、浅层地震反射法和地质雷达等三类不同的物探方法技术，进行工程基础勘探。由于这三类不同的物探方法体现了工程基础的不同物理特性，通过对这三类物探方法取得的成果相互比较和综合分析，并结合地质资料得到的综合物探成果，经钻孔验证，其准确性得到了大大提高，取得了很好的勘探效果。同时，还对使用的物探方法的原理、技术、资料的解释等应当注意的问题进行了说明。
关键词：工程勘察；综合物探；技术方法；应用效果
0 前言
在实际工程基础勘探中，往往需要选用某一种或多种物探方法来对场地地基土，工程地质情况进行评价和判断。虽然某一种物探方法的选用，避免了传统勘察方法（如地质钻探工作量大、投资多、周期长）只能对单点进行勘察，孔孔之间地层不能做到“无缝”连接，以及钻探结果以点带面的缺点，但是，物探存在多解性，就单一一种物探方法而言，有其适应性和局限性。例如，潮湿的地面对于地质雷达勘测会产生明显的干扰，应采取适当措施降低干扰或采用其它的物探方法；而在煤矿采空区进行勘探发现低阻异常既要考虑到可能是采空区反应，也要考虑到是否为煤层的影响。
单一的物探方法存在着不足，此时就应该考虑综合物探的方法。根据不同物探方法对应的物理性质，有针对性地选取几种物探方法技术组合，互相映证、互相补充，这样既能够有效地提高物探成果的地质解释精度和成果分析质量，又满足工程基础勘察的需要。作者在本文中以高密度电法、浅层地震反射波法和地质雷达这三种方法为组合，来讨论综合物探方法在工程基础勘探中的应用。
1 综合物探方法
1.1 高密度电法勘探原理
高密度电阻率法的物理前提是地下介质间的导电性差异，和常规电阻率法一样，它通过A、B电极向地下供电，电流为Ｉ，然后在M 、N极间测量电位差ΔＵ，从而求得该记录点的视电阻率ρs＝KΔU／I。高密度电阻率法可采用的五种装置有：
（1）温纳对称四极装置（见图１（ａ））。
（2）温纳偶极装置（见图１（ｂ））。
（3）温纳微分装置（见图１（ｃ））。
（4）温纳三极装置（见图１（ｄ））。
（5）温纳三极装置（见图１（ｅ））。
1.4 物探方法的选取
（1）高密度电阻率法仍属于电阻率法的范畴，但其具有观测精度高、数据采集量大、地质信息丰富、生产效率高等特点。其广泛应用于地层划分、探测隐伏断层构造，岩溶空洞、采空区、地质滑坡体等工程勘察，但是高密度电法测线铺设受地形影响较大，要求接地条件较高。
（2）浅层地震反射波法广泛用于基岩埋深勘探，地质基础调查、溶洞、采空区勘探等工程勘察，对于地层密度差异较大的地区效果明显，但是勘探深度受震源强度制约较大、对地形条件要求较高。
（3）地质雷达是工程勘察中的一项高科技方法，虽然其探测深度较浅（数米至数十米）。但波长为分米数量级，且可进行拖动天线式的连续剖面测量，因而有较高的垂直和水平分辨力，特别适合于浅层、极浅层的目的层勘探。它可与浅层地震反射波法在调查深度上形成组合，互为补充。
高密度电法针对的是电阻率，地震方法对应的是速度，地质雷达则是介电常数。三种探测手段的综合应用，综合分析解释，使物探成果相互佐证，取长补短，提高了物探资料解释精度。
2 工程实例
某场地位于一山丘斜坡面上，主要由三个高低不同的台阶组成。原台阶下部份区域曾作为鱼塘使用，后因场地改造现已将其进行填平并进行压实处理。现在需要在台阶上面建一厂房，故需要进行场地基基土和工程地质情况的勘察。测区上覆地层成份变化较大，表层为人工回填物，成份主要为砖块、瓦砾等建筑废料，质地疏松；其下是黏土层、卵石层和风化壳，风化壳主要由相对松散的粗、中砂及泥沙组成。根据已有地质钻孔资料，工区各物性参数如表1所示。根据表１可以看出，工区地层分层明显，利于物探工作的开展，故考虑使用高密度电法，浅层地震反射法和探地雷达三种物探方法，以期对地基土和地质情况进行一个全面的了解。
由于同时要满足另一个项目要求，各测线具体布置情况如图3所示。
图４为高密度电法反演的剖面图。高密度电法使用了α、β两种电极布置方式，电极距为３ｍ。由图４可以看出，共三层电性层：①深度为０ｍ～８ｍ位置，视电阻率30Ω·ｍ～80Ω·ｍ，推断为卵石层；②深度为８ｍ～１８ｍ，视电阻率20Ω·ｍ～30Ω·ｍ，推测为强风化带泥岩，富含水；③深度为１８ｍ以下，视电阻率20Ω·ｍ～50Ω·ｍ，推测为中风化带泥岩。横向上剖面图显示３ｍ～４４ｍ，90ｍ～110ｍ段，深度10m 以内，卵石层中间夹杂部份高阻区域，推测为建筑回填物造成。
图5为浅层地震勘探水平叠加时间剖面图，该方法使用20ｋｇ铁锤震源，12ｍ偏移距，２ｍ道间距，六次覆盖施工。从图５中可以看出，其同相轴连续，反射能量较强，地层界限明显。故测区无断层、地下洞穴、隐伏冲沟以及软弱夹层等不良工程地质作用，强风化基岩上界面的双层旅行时约为20ｍｓ～30ｍｓ。图６（见后面）为对雷达采集数据进行处理解释后的结果。结合现场和先有地质资料，分别试验了35ＭＨｚ、100ＭＨｚ，80ＭＨｚ天线，最后采用了开放式80ＭＨｚ天线，采样时长为200ｎｓ，测点距离为1ｍ。由图6可以看出，在埋深8ｍ左右，电磁波上、下两层的频率特性发生了比较明显的变化。上层介质介反射波能量比较弱，频率较低，而下层则呈现出在垂向电磁参数差异较大，大振幅的连续发射，推断此为卵石层与强风化的分界。同向轴较为连续，没有明显的断裂带与破碎带，走势相对比较平缓，几乎没有起伏。
综合三种物探方法，可以认为工区在勘探深度范围内无断层、地下洞穴、隐伏冲沟和软弱夹层等不良工程地质作用，基岩面走势平缓无较大陡坡，无明显断层与破碎带。这里比较几种物探方法的使用：
（1）对于高密度电法而言，α装置对垂向分辨率比横向分辨率灵敏度高，抗干扰能力强，勘探深度较大，对水平地层的分层较有利。β装置有很高的灵敏度，能有效突出地下电性异常区域，横向分辨率和纵向分辨率较为适中。此条测线综合解释，α排列反演结果更能真实反映地下介质实际情况，误差较小。
（2）浅层地震反射波法很好地探明了覆盖层起伏形态和埋藏深度，在所得的水平叠加时间剖面上，同相轴连续，反射波能量的不均一是由于粉砂质泥岩和泥岩层理间反射系数的不同引起的。因此，需要特别注意反射波能量较弱地段的稳定性评价。由于地震波场十分复杂，除了有反射波以外，还有沿地面传播的地滚波、声波、面波、折射波。特别是在近炮点处，直达波、声波、面波和浅层反射波混在一起，容易造成反射波拾取偏差，形成浅部盲区，需要借助其它物探方法技术进行辅助勘探。
（3）地质雷达顺利地完成了对地基地层20ｍ以内覆盖层的探测，同时提供了连续的平面和剖面形态的资料图件，对浅部覆盖层深度、起伏情况一目了然。
根据工区开展的前期地质调查，所选测线附近几个钻孔的剖面图如图７所示。从图７中我们可以看出，场地内上覆地层为第四系全新统人工填土（Q4ｍl）杂填土，第四系上更新统冲击层（Q3al）粉质粘土，其下是白垩系上统灌口组（k2g）卵石，下伏强风化和中风化基岩为侏罗系遂宁组（J3sn），岩性主要为粉砂质泥岩，这与前面三种物探方法综合解释的结果大体吻合，说明前面叙述的综合物探方法在该工区的应用，取得了较好的勘探效果。
3 结论
此次综合物探在前期地质钻探工作的基础上，利用高密度电法、浅层地震勘探及地质雷达三种物探方法，有效查明了探测工区要求深度内场地基土和工程地质情况。
基于此次综合物探，主要的认识有以下三点：
（1）综合物探与钻探相结合。工程场地基础勘探不能只上钻探或者只上物探，应该是物探工作先行，重点、典型区域指导合理布置钻探，减少钻探工作量，加速工程勘查速度，降低勘探成本；然后钻探再来验证物探工作，指导物探，以提高工程勘查的质量。
（2）要有综合物探的思想。物探的应用总要受到一定的地质及地球物理条件的限制，对于同一个地球物理异常的解释，可以有互不相同甚至截然相反的结论，这叫做物探异常的多解性。例如上述，α装置和β装置反演的形态上就有所差异。
（3）所谓综合物探，不仅仅是不同方法的综合（如上例高密度电法，浅层地震反射波，地质雷达三种方法的组合），还包括同一种方法不同勘察方式的综合（如上例高密度电法的α、β的排列的组合）。但是，综合物探绝不是多种方法和手段的任意罗列，也不是投入的方法和手段越多越好，而应是最佳方法或手段的优化组合，使其达到技术可靠、经济合理。我们应该仔细抓住勘探要求（如目标层深度，勘探精度等），用不同的方法去反映不同的物性，从多个角度来验证结论的可靠性，从而得到所勘查目标信息。
参考文献：
［1］雷宛，肖宏跃．工程与环境物探教程［M］．北京：地质出版社，2010．
［2］刘天佑．应用地球物理数据采集与处理［M］．武汉：中国地质大学出版社，2013．
［3］王振东．浅层地震勘探应用技术［M］．北京：地质出版社，2014．
［4］徐定才．浅议综合物探的作用和意义［J］．科技传播，2009－11（上）：10．
［5］李大心．探地雷达方法与应用［M］．北京：地质出版社，2012．
作者简介：
徐岳行（1964－），男，工程师，主要从事综合物探及矿产勘查工作
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论文作者:徐岳行,侯冬梅,王建历
论文发表刊物:《基层建设》2016年10期
论文发表时间:2016/8/3
标签：物探论文; 方法论文; 地质论文; 电阻率论文; 高密度论文; 反射论文; 地层论文; 《基层建设》2016年10期论文;