工程物探在地质灾害勘查中的应用

浙江省工程勘察院浙江舟山316000

摘 要：就地质灾害勘探中所采用的工程物探进行了分析，并把一些物探方法在地质勘查中的具体应用及所获得的效果进行了简要列举；据此得出，在当前进行地质灾害防御的各项工程中，工程物探这种方法就是其中的一项极其有力的勘探技术：在地质勘查中，由于它能够对有关地质灾害进行监测和预报，起到很好的防灾、抗灾、减灾的重要作用，从而达到了人类所需要的比较理想的探测结果。

关键词：工程物探；地质灾害；勘查

Abstract: The exploration of geological disasters in the dish with the engineering geophysical analysis, and some geophysical methods for the specific application in geological exploration and effect briefly enumerated; accordingly drawn, geological disaster prevention in the current the importance of projects in the works the Geophysical this method is extremely powerful exploration of a technology: the geological prospecting, due to its ability to monitor and forecast of the geological disasters, play a good disaster prevention, disaster, disaster reduction effect, so as to achieve a more satisfactory detection results of human needs.

Keywords: Engineering Geophysical; geological disasters; exploration

中图分类号：F407.1 文献标识码：A 文章编号：

1引言

人类能在地球上生存下来、并能得到不断地持续发展，其中的一个最基本的生存条件就是地质环境。最近几年来，随着人类获得了物质文明高度发达的同时，人类所赖以生存的地质环境也出现了各种剧变，即地质灾害，而且这种来自地质环境的剧变有日趋增多的趋势。这些灾害既有人为因素造成的，诸如地面沉降、坑道突水以及堤防渗透等；也有主要来自于自然原因的，诸如地震、滑坡、泥石流以及崩塌等等，不管是哪种原因带来的地质灾害，都会给人类带来巨大的生命财产损失、对人类的生存构成巨大的威胁。因此对地质灾害进行监测、预报、勘探及防御，这是一项庞大的系统工程；在这项庞大的系统工程的各个环节之中，其首要环节应首推勘探，这主要是基于勘探是整个防灾抗灾乃至整个灾害防御的最重要组成部分而得出的结论。当前，有很大新技术、新方法，诸如工程物探、钻探、计算机技术、3S技术以及同位素技术等等，都被广泛应用于地质勘探之中，并取得了很大的成功。在这众多的应用技术之中，由于工程物探技术在地质勘查领域所起到的作用最为突出，为勘查和评价地质灾害做出了巨大的贡献，因此在当前工程物探技术堪称为一项现代化的勘查技术，它以其准确、全面、快速且经济等特点，为很多部门在有关防灾、抗灾等方面提供了极其宝贵的第一手资料。以下就结合我地质工程物探勘察院近年来在有关地面塌陷、岩溶、采空区以及坝体渗漏等地质灾害勘查中所获得的探测效果，来谈谈有关工程物探在地质灾害勘查中的一些具体应用。

2工程物探在地质灾害勘查中的具体应用说明

现代科学技术的发展表明，促使地球物理场发生变化，其中一个很主要的因素是跟来自地质环境之中的各种地质灾害飞发生、发展有着极为密切的关系；众所周知，工程物探是一门专门研究地球物理场发生变化的技术，在这里面有着很多种的应用技术，其中低耗高效为这种勘探技术的一大优点。随着科技的快速发展，也不断提高了勘探精度及改善了勘探效果，并且当前勘探技术也由定性化逐渐向定量化方向发展。总的看来，当前最常用的地质灾害勘探技术主要有以下这几种：① 电法、②面波、③ 地震―映像，④管波等，以下就把这些重要的物探方法在进行地质灾害勘探中的应用做一些较为深入的说明。

2.1 电法

有关地质体在水平方向和垂直方向电性差异的研究，通常就是应用电法这种工程物探技术来进行研究，这种方法是通过电极装置的不同来进行相关研究，以把不同地质问题顺利解决出来准备必要的条件。在最近几年，有关地质体在水平方向和垂直方向电性差异的研究通常是运用高密度测量系统和电测深法，这是在进行有关地质灾害调查中应用最为广泛的两种工程物探方法；实践表明，这两种方法在以下这些地质灾害勘查中：①堤坝渗漏、②滑坡和塌陷、③岩溶和土洞等，所发挥的作用可以达到很好的效果。它们不仅可把周围介质与灾害地质体之间的电性差异反映出来，还能把因断裂破裂带或者溶洞充水而出现的比较低的变异反映出来，其中有关电阻率曲线的扭曲以及相应的梯度变化可以在电测神曲线与其断面图上都能比较完整地表现出来，两种方法当中的这种高密度测量系统，因其不管是勘探效果还是其分辨率都明显要比其他任何一种方法来得好，故不管是进行分层还是对那些细小的目标进行探测，均具有相当好的能力，因此对于那些地质灾害的探测，诸如塌陷和滑坡、岩溶和采空区、以及比较浅的土洞、还有那些灾害隐患的探测，都是极其适合的，都能取得很好的勘探结果。下面以某库区应用高密度电法进行灾害勘查为例来说明，具体如下图所示：

ZK175钻孔资料

柱状图 深度（m） 土质描述

7.9 坝吐、粘土、粉砂

16.90 粉质砂土

24.10 土闸

27.80 粉质粘土

36.88 土闸

51.6 灰岩

图1某库区灾害勘查高密度电法类型图

2.2 多道瞬态面波法

这是一种最近几年来应用比较广泛的技术，在具体进行岩土测试勘探中，这门技术是充分利用以下这些原理，在不均一介质的传播中，面波所特有的频散特性，以及其传播速度跟岩土的物理力学性质具有很大的关联性等特征，可以很成功地把很多工程地质问题解决出来，特别是在有关建筑场地以及公路路基的勘查中，面波这门勘探技术更是得到极其广泛的应用；对于那些地下地层比较软弱的、地质体不很良好的地区，诸如土洞、滑坡体等等，在有关勘探效果方面，这门技术跟是获得了极其不错的好评。

如上图就是表示隧道超前预报频散曲线示意图，根据这些频散曲线图的具体特征可以进行如下推导：①File ： 1，在地面以下15.88m处，存在着一个相当明显的拐点，但由图可知，深度在15.88m以下，其波速并没有继续出现很大的下降，这样就可以推断出，出现塌陷的深度为≤15.88m，并且大致在15.88m的地方是由不同岩性的塌陷物所组成（即这个地方为一个不同言物的分界面）；②File ： 2，很明显在地面以下19.99m处，为一个极其明显的拐点，在这拐点以下，其波速呈现显著的下降趋势，而且也出现分布较为稀疏的频散点，据此可以进行推导，在面波所检测位置，大约在其后方19.99m处为各种地下塌陷物所堆放的位置，并且在这一位置以下并还没有完全填满各种地下塌陷物。

2.3 地震―映像法

若要让被探测地质体（即目的物）在有关岩性变化及其精细结构方面的图像尽可能清晰、分辨率尽可能高，就必须采用地震―映像这一种技术方法。在最近几年来，有关这种技术方法，在进行地质灾害勘探中所取得的效果，不仅仅是在国内、即使是在国外，也是得到很多地球物理学家和地质专家的认可和重视。以下以跨孔地震波来具体探讨一下有关这种技术方法的应用。这种技术方法的原理是：其开展是在两跨孔之间，具体进行工作时，是把其中的一个钻孔用来进行发射，即发射孔，根据一定的间距，把高频地震波（即声波）在这个发射孔进行发射；而另一个没有用来发射的钻孔，用来接收发射孔所发射的高频地震波，在进行接收过程中，接收孔对于发射孔中的每一个发射点所发出的声波都要全孔进行接收，在这里把两孔之间的岩土穿透过去的射线是以交叉网状的形式来实施的，以各接收点到每一个发射点之间的声波（地震波）幅度或走时为依据，进行一系列比较繁琐的数据计算，从而把两个钻孔之间的有关波速映像反演出来，再把这个通过反演方式所得到的波速映像进行相关分析、并对因断裂破碎而出现的边界及产状进行相应的解释，就可以把有关岩溶的产状、边界、分布以及其发生发展过程，通过勘探而得到比较高的精确度。例如，某个高速公路在其施工过程中，发现其跨线桥桩所在位置有一个岩溶土洞，该岩溶土洞岩性比较复杂，通过应用跨孔地震波法进行勘察，并得出其剖面图，通过分析、解释，就把这个土洞在水平方向和垂直方向的分布情况、连通性以及相应的特征，有效地把有关岩土的详细资料调查出来，从而为下一阶段的高速公路的顺利施工奠定了良好的基础。

2.4 管波探测法

这是一种新的物探技术方法，这种全新的技术方法是最近几年才发明出来的。这种技术方法的工作原理可简述为：首先，对反射管波的波幅特征进行分析，再把波阻抗差异的界面探测出来，最后在解释界面的基础上，把软弱夹层以及孔旁溶洞的发育状况推断出来。结合半波长理论（为波动理论的一个重要内容），可以知道，圆柱状空间应为管波探测法的探测范围，而且这个圆柱状空间的圆心为钻孔中心，管波波长为其半径。从总体来看，这种地质灾害勘查技术的判断准则主要有以下四方面：第一，若某基岩段完整，则为没有倾斜的反射波组；第二，若某基岩段，其倾斜反射波组具有比较大的振幅，则为孔旁或者孔中的边界、或者为一软弱夹层；第三，若某基岩段，其倾斜反射波组具有比较小的振幅，并具有比较大的直达波速，则为一软弱夹层，该软弱夹层为钻孔所穿过且存在较小的波阻抗差异；第四，若某基岩段，其倾斜发射波阻具有较小的振幅，且具有比较小的直达波速度，则其岩石位于孔旁且破碎较发育。

3 结束语

总之，随着社会的发展，以及科技特别是计算机技术的快速发展，有关工程物探在地质灾害勘察、监测及预报中的作用，已经得到很多决策管理部门的日益重视。实践表明，应用工程物探进行地质灾害勘察，效果是极其显著的。在实际工作当中，如何充分发挥本文所介绍的这几种工程物探法在地质灾害勘查中的重要作用，这对于今后我国的防灾、抗灾、减灾将起到极其重要的作用。

参考文献：

[1]赵成斌等.横波技术在工程物探中的应用.[J].西北地震学报.2009.8

[2]邱洁等.浅层多波地震勘探采集技术.[J].中国煤田技术.2009.2

[3]全亚荣等.层析技术在岩溶地区卷土工程勘察中的应用.[J].中山大学学报.2010.6