物探技術(shù)在我國多年凍土勘測中的應用分析

摘 要：在我國基礎設施建設過程中，凍土勘測是較為關(guān)鍵的一個問題，尤其是多年凍土勘測。為克服多年凍土勘測問題，許多先進科學技術(shù)被廣泛應用在各工程勘測當中，成為其中一項不可缺少的技術(shù)。文章在簡單介紹了多年凍土勘測的主要地球物理特征基礎上，以青藏高原為例對物探技術(shù)在我國多年凍土勘測中的實際運用進行了詳細的探析。

關(guān)鍵詞：物探技術(shù)；中國；多年凍土勘測；應用

前言

我國多年凍土主要分布在青藏高原和東北大小興安嶺高緯度地區(qū)，約占國土總面積的五分之一。在實際施工過程中，如果存在多年凍土而沒有被及時發(fā)現(xiàn)，將會給工程的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和順利施工產(chǎn)生極大的不利影響，如凍融病害、可燃冰等問題。因此，必須借助先進技術(shù)設備對我國多年凍土進行準確細致勘測。

1 多年凍土勘測的主要地球物理特征

在我國多年凍土區(qū)域，受外界溫度變化影響，凍土層地下溫度會隨之而發(fā)生梯度變化，進而導致土體所含水分發(fā)生凍結(jié)、遷移或其他變化情況，并進一步引起凍冰以不同形式在地質(zhì)土體不同部位消散或聚集。多年凍土的這種動態(tài)變化過程對地質(zhì)土體地球物理特征產(chǎn)生的影響尤為突出[1]。對于青藏高原地區(qū)而言，其多年凍土主要有已成巖性凍土和非成巖性凍土兩類。

考慮到多年凍土是由水、冰、孔隙和顆粒骨架等多種介質(zhì)在常年低溫環(huán)境下而形成的一種地質(zhì)，因而其物理性質(zhì)除了由自身土體原有性質(zhì)決定之外，一部分還由其自身所在位置溫度場、應力場等決定。這就要求在實施多年凍土勘測過程中，對于勘測技術(shù)的選擇必須要在借鑒非凍土層勘測物探技術(shù)經(jīng)驗的基礎上，通過充分考慮多年凍土的各項物理特征進行科學合理的選擇，以確定出最佳的物探技術(shù)。

2 物探技術(shù)在我國多年凍土勘測中的應用

青藏高原東部地區(qū)為大片連續(xù)多年凍土區(qū)域，平均海拔在4000m以上，整體區(qū)域巖性基本以板巖、二三疊系砂巖、灰?guī)r等為主，分水嶺緩坡、谷底、山坡以及平原等地為第四系松散堆積物覆蓋區(qū)域，局部海拔較高地區(qū)可能覆蓋有冰磧物[2]。一些學者對該地區(qū)多年凍土的電性、磁性、密度等各種物理性質(zhì)進行了大量的試驗研究，發(fā)現(xiàn)當溫度下降到0℃時，凍土的介電常數(shù)急劇減小，電阻率急劇升高，且隨著溫度的降低而逐漸增大。

2.1 探地雷達在多年凍土上限勘測中的運用

根據(jù)上面對青藏高原東部地區(qū)多年凍土物理特征分析，文章決定采用國外某公司生產(chǎn)的ProEx型探地雷達和pulseEKKO042-系列探地雷達。為較準確勘測出青藏高原東部地區(qū)多年凍土的上限深度，需要在每條測線上選取一段作共偏移距測量，以獲取地表活動層的波速，同時還要根據(jù)地表直達波反射線斜率相關(guān)公式計算出地表層的雷達波速度[3]。一般而言，地表直達波的速度與地表活動層的平均雷達波速度較為相近，因而在計算精度要求不高的條件下，計算出雷達波的平均速度可以視為求出了多年凍土地表的直達波速度。

對于青藏高原東部區(qū)域而言，植被覆蓋較多、地表較為濕潤、沼澤草甸、具有凍脹丘分布等這些地貌類型為多年凍土發(fā)育的典型區(qū)域。在這些區(qū)域布置一條剖面上布置有探坑的探地雷達剖面，對多年凍土的上限深度進行勘測，勘測結(jié)果顯示該區(qū)域多年凍土的上限深度約為1.4m。同時，對探地雷達獲取到的剖面數(shù)字圖像進行處理，可以容易的觀察到剖面上有一條明顯的同相軸反射波，進而可以推斷出其是由多年凍土上限反射層所致，并且探坑位置的深度與實際探坑深度1.4m完全吻合[4]。所以運用這種探地雷達可以很好的勘測出青藏高原東部地區(qū)多年凍土的上限深度。

2.2 瞬變電磁法在多年凍土下限勘測中的運用

采用美國某公司生產(chǎn)的GDP-32Ⅱ納米瞬變電磁多功能電測系統(tǒng)結(jié)合不接地回線法對青藏高原東部地區(qū)多年凍土的下限深度進行勘測。首先，向地下發(fā)送一次脈沖電磁場，當脈沖電磁場斷電后對其進行觀測，同時對二次渦流場隨時間變化的規(guī)律進行研究，以便準確探測出目標對象的空間分布情況。根據(jù)探地雷達某條多年凍土使用瞬變電磁法所得電阻率剖面圖觀測分析發(fā)現(xiàn)，土壤凍結(jié)導致土體電阻率急劇增大，尤其是在100Ω·m等值線深度以下，電阻率梯度明顯變大且等值線分布更為密集，因此可以劃定100Ω·m等值線為該區(qū)域多年凍土層的上限位置[5]。按照同樣的方法可以劃定出多年凍土的下限位置為150Ω·m電阻率等值線。當多年凍土的上下限位置全部準確確定出以后，結(jié)合探地雷達勘測結(jié)果，便可以確定出多年凍土的下限深度約為40m。

3 結(jié)束語

綜上，采用物探技術(shù)中的探地雷達與電磁法對青藏高原東部區(qū)域多年凍土進行勘測可以得到較為準確的勘測結(jié)果，目前該技術(shù)在我國許多多年凍土勘測中都得到了良好的應用。隨著物探技術(shù)的不斷發(fā)展，相信多年凍土勘測結(jié)果會更加準確可靠，凍土對工程施工的影響也會越開越小。

參考文獻

[1]劉廣岳，王武，趙林.基于瞬變電磁法（TEM）的西昆侖地區(qū)多年凍土厚度探測與研究[J].冰川凍土，2015，1：38-48.

[2]張光保.電測深法和地震折射層析法在多年凍土勘察中的應用[J].鐵道建筑技術(shù)，2015，10：104-106.

[3]陳琳，喻文兵，易鑫.探地雷達在黑龍江漠河縣城區(qū)凍土勘測中的應用[J].冰川凍土，2015，3：723-730.

[4]范昭平，張麗華，路勛.探地雷達在多年凍土區(qū)公路工程勘察中的應用[J].工程勘察，2010，3：91-94.

[5]武小鵬，魏永梁，張軍平.探地雷達在多年凍土工程地質(zhì)勘察中的應用效果研究[J].地震工程學報，2013，2：240-245.

作者簡介：王浩（1989-），男，天津人，漢族，現(xiàn)職稱：助理工程師，學歷：研究生，研究方向：物探。