工程地质勘察中物探与钻探的探究

70年代以后煤田物探技术逐渐成熟，工作任务从普查找煤逐步向详查精查过渡，形成了物探、钻探、地质相结合的煤田地质勘探模式，有力地推动了煤田物探工作的发展。我公司创建于1956年，隶属中国石油天然气集团公司钻探工程有限公司，伴随着共和国的成长，经过50多年的发展，已成为以山地地震探测为主业、年经营收入近20亿元的中国大型石油及天然气地震勘探工程技术服务企业，能在多种复杂地区为国内外客户提供地震采集、处理、解释、地质综合评价一体化的地震勘探工程技术服务，被业界誉为“山地物探铁军”。介绍各采空区综合勘察成果，包括工程地质调查成果、物探、钻探成果及沉降观测成果，确定采空区影响范围及采空区采煤的层数、采厚、顶板岩性、开采时间、采出率、开采方法、顶板管理方法、塌陷状况等基本特征。

关键词：工程地质勘察；物探；钻探

一、引言

一如既往，钻探技术在工程地质勘察中发挥着非常重要的作用，但是随着工程勘察技术的不断发展和不同项目的要求，仅仅使用钻探技术的弊端就逐渐显现出来，如工程地质勘察精确度不高，周期长，成本高，不经济等等，它的局限性使得其在工程地质勘察中不能发挥最大的功效。近年来，随着科学技术的不断进步，物探技术也得到了相应的发展，由于它对探测对象不会造成损失，并具有准确、快速等特点，因而显示出强大的生命力，在工程地质勘察中的应用越来越广泛，在工程、环境、灾害地质调查等方面都发挥着重要的作用。所以，在工程地质勘察中，将钻探技术和物探方法有机地结合起来，往往能取得事半功倍的勘察效果。下文结合具体实例，介绍物探方法和钻探方法相结合在工程地质勘察中应用的一些原理、发展和应用效果。

二、实例一：地质雷达

1、地质雷达的原理

影响地质雷达的探测深度和分辨率的因素是多方面的，比如线的偶极方向、天线距离、中磁波等。目前，剖面法和宽角法组成了双天线地质雷达的观测方式。所谓的宽角法观测，就是在一个天线沿测线移动的时候，另一个天线却是固定不变的。利用地下不同层面反射波的双走势，经讨计算可以得到有关地下介质的参数。剖面法的含义就是，发射以及接收天线以在沿测线同步移动的时候都是保持相同的间隔。做好每一步的记录，得出地质雷达的对地下探测的时间剖面图像，体现出测线下方的地下物体变化情况。地质雷达的资料处理与地震波技术是大同小异的，光可以利用的专业软件多种多样，还可以综合利用多次叠加、数字滤波、偏移绕射处理、反褶积等技术。

2、发展及应用

地质雷达的优势在于具有快捷性和简单性，而且它的抗干扰性和分辨率都比其他的探测方法强，应用的范围非常广泛，例如地质勘探、公路质量检测以及文物考古工作等。其发展前景非常广阔，在实际应用中的例子不胜枚举，它将钻探和物探很好地结合在一起，下面探索地质雷达配合钻探，在地下溶洞探测的实例：在某地某厂区的内部，道路及地面遭到了严重的破坏，为了探明地下有无溶洞和其他地下掩埋物体，应用此技术讲行勘探高密度电法勘探野外施工，如还不明确物体的具体分布情况，如果利用单一的钻探方法，不仅消耗了能源还不能完成任务，后来利用地质雷达配以天线进行探测，并利用钻探进行了灌浆处理，最终高效地完成工作。由此可见地质雷达这一将钻探和物探相结合方式的重要作用。

三、实例二：瑞雷波法

1、瑞雷波法的原理

瑞雷波法作为一种个新的地质勘察手段，深受工作人员的青睐。瑞雷波法具有稳定的状态也有瞬间的动态，其中稳态瑞雷波法设备的不足，在于它的体积非常大，需要的成本也很高，所以遭到了时代的淘汰。另一方面，瞬态瑞雷波法恰好相反，它的速度相当快，不但具有简单和快捷的特征，它的分辨率也非常高。在工民建岩土工程勘察中得到普偏的应用，在地质灾害调查与评估中也是不可或缺的一门技术。瞬杰瑞雷波测试的信号，主要来源是垂直作用干地面的冲击震源，它在相应的频率范围内，可以将瑞利波信号进行高度的集中化处理。

2、应用实例

在淮南矿业集团潘二煤矿、李咀孜煤矿、丁集煤矿、谢桥煤矿等矿的井下控制网改造、联系测量、贯通测量中，我单位同时使用agt-1自动陀螺经纬仪与gp-1陀螺全站仪对向观测进行定向，现将两台仪器及定向成果进行比较。用挖掘机清理路基石方表面和岩石与岩石之间的土，使岩石的凌空面增大，采用钻孔设备大型空压机选择凌空面较大方向或岩石分层位置进行钻孔，钻孔按同一断面钻多孔，孔距离凌空面1-2米左右，两孔之间距离初试时控制在1.5米以内///。钻抬动观测孔→安装抬动观测装臵→分段钻孔压水灌浆及抬动值观测→终孔封孔→检查孔钻孔取芯→压水试验→终孔灌浆封孔。

四、实例三：地震波CT技术

1、地震波CT技术原理

不同方向的地震波组成了地震波CT技术的重要部分，地震波作为一种成像技术，它的声势具有人工激发的特征，主要针对对象内部速度结构讲行探测。无论是在哪种地质条件下，每一个单元的弹性波速都可以通过波动声势表示。从而得到被探测地质体的波速分布图像。

2、发展和应用

在二十世纪的中期，地震波CT得到了最初的进展，它来源于石油勘探工程，应用于勘察工程中，提高了地质勘察的效果。在科学技术作为第一生产力的经济时代，地震波CT得到日新月异的改革和创新，它在地质工程领域中的应用越来越普遍，该技术经过改造更新后，成为现代一种重要的地球物理方法。在现实的科学工程中，不少的科学家采用个方位观测地震波层析成像技术。比如在三峡工程永久船闸高陡岩体边坡的工程中，其中地质构造分布以及波速分布参数，都是利用此技术所得，结合钻探取得的一些原位试验数据和岩体风化程度，为功能稳定性分析及变形和地质概化模型分析提供充分有利的保障。

五、实例四：直流电阻率法

1、直流电阻率法原理

高密度电阻率法进行二维地电断面测量，兼具常规剖面与测深法的功能，敷设一次导线后可进行数百至数千个记录点的数据观测，其信息量大、工作效率高。而且数据经系统自动采集后，可以通过处理软件实现资料的现场实时处理，并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，很适合一般勘察中对地下目的物的探测；高密度电法野外工作装置形式较多，总电极数与点距可根据场地与勘察深度任意选择。一般固定断面扫描测量，其视电阻率断面为一梯型剖面；变断面连续滚动扫描测量其视电阻率断面为一平行四边形剖面。高密度电法勘探的出现使得电法勘探的野外数据采集工作得到了质的提高和飞跃，同时使得资料的可利用信息大为丰富，使电法勘探智能化程度向前迈进了一大步。

2、应用实例

广东平远河披水桥工程地质勘察共布置钻孔四个，其地层自上而下为砂卵石层、含砾粘土层、二叠系灰岩。其中各孔内砂卵石层厚度变化不大，但灰岩岩面起伏非常明显，左侧钻孔最浅处埋深仅7m，往右依次为9.2m、18m，最右侧钻孔至48m犹未能见到基岩，钻孔中灰岩岩芯完整，未见溶蚀、溶洞现象。后进行桥桩超前孔施工时，发现基岩面起伏相差很大，且见较大溶洞高密度电法勘探野外施工，基础处水平相距2.5m，基岩面高程竟相差10m。为全面了解地下基岩面情况，采用高密度电法测量，共布设四条测线，点距2m，通过已有的钻探资料选取测量参数，并校正深度，最终得出成果图件，可以看出灰岩视电阻率在250～300t'l・m左右，灰岩岩面呈石林状起伏分布，整体呈左高右深趋势，溶洞反映相当明显，在最右侧钻孔未见基岩处， 显示基岩面约60m深。后经钻孔证实与实际情况基本吻合。

结束语

目前，随着计算机技术的发展和各种反演方法的不断创新，物探技术正朝着探测精度更高、探测范围更广、解释更准确的方向发展，表现出前所未有的广阔发展前景。由于各种物探方法的应用都依据一定的物理前提，且地质、地球物理条件和边界特征对测试成果具有较大的影响，使得这些方法技术存在着一定的条件性和局限性，所以此时应考虑综合物探和钻探结合进行施测，可以提高物探成果的地质解释精度和成果分析质量，满足工程勘察之需。

参考文献：

[1]程耀荣. 物探与钻探在工程地质勘察中的具体应用[J]. 河南科技，2013，（04）：70.

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[3]赵竹占. 物探方法在工程地质勘察中的应用[J]. 中国地质，1991，（04）：28-30.