工程物探方法在巖石風化程度判別中的應用

李仁杰　紀成亮　劉　浩　趙哲勝

(山東電力工程咨詢院有限公司，山東 濟南　250013)

1　概述

巖石風化程度是風化作用對巖體的破壞程度，如何評判巖石風化程度，特別是覆蓋層以下的風化程度成為電力工程勘測中的難點。本文選取山東省臨沂市某電廠工程勘察區域具有代表性的數據進行分析，結合鉆孔和工程地質調查驗證，通過波速試驗、高密度電阻率法(直流電法)和地質雷達測試(電磁波法)對巖石風化程度進行論證，以確定廠址區風化巖石的分布規律及工程性狀[1,2]。

2　工程物探勘察

本次勘測通過單孔波速試驗、高密度電阻率法(直流電法)、地質雷達測試(電磁波法)等多種物探手段，結合工程地質調查及鉆探，對擬建場地巖石的風化程度和分布規律做出了綜合評價。

2.1　單孔波速試驗

采用地面激振孔中接受的方式進行，在距孔口1 m～2 m處用重錘敲擊激發地震波。水平向敲擊，激發橫波；垂直向敲擊，激發縱波。三分量檢波器放入孔底，貼壁裝置使檢波器貼壁，按1 m的間距自下而上接收地震信號，測量地震波在不同深度巖層中傳播的時間，通過分析處理軟件計算出各巖層的波速值進而求取相關參數[3]。

2.2　高密度電阻率測試

高密度電法是以地下被探測目標體與周圍介質之間的電性差異為基礎，利用人工建立的穩定地下直流電場，依據預先布置的若干道電極，靈活選定裝置排列方式進行掃描觀測，研究地下大量豐富的空間電性特征，從而查明和研究有關地質問題的一組直流電法勘探方法[4]。

2.3　地質雷達測試

地質雷達是一種先進的高頻電磁波勘察技術，由它可以精確地探測到地下淺層的空洞或異常體，其高分辨率、高效率、無損探測等優點使其在眾多領域得到廣泛應用。它是基于高頻電磁波理論，向地下介質發射一定強度的高頻電磁脈沖，電磁脈沖遇到不同電性介質的分界面時即產生反射或散射，地質雷達接收并記錄這些信號，再通過進一步的信號處理和解釋即可了解地下介質的分布情況[5，6]。當電磁波在介質中傳播時，其路徑—波形將隨所通過介質的介電性質及幾何形態而變化，據接收到波的旅行時間、幅度、頻率與波形變化等特征，可以推斷目的物的內部結構以及深度、形狀等[7]。

3　擬建場地巖石風化程度發育規律分析

3.1　波速試驗

本次共布置了4組單孔波速試驗，以其中一條典型的剪切波速試驗值隨深度變化曲線為例，覆蓋層厚度為3 m，可見該孔3.0 m～6.0 m范圍內巖石風化程度較強烈、裂隙較發育，6.0 m～15.0 m范圍內地層波速試驗值在500 m/s左右，根據鉆孔資料，該段巖石呈強風化狀態；15.0 m以下，巖層風化程度較穩定，為強風化狀態或中等風化狀態的巖石，見圖1。

3.2　高密度電阻率

本次勘測共布置高密度電法剖面測線6條，高密度極間距3.00 m～5.00 m，電極60道～90道，其中單條剖面長度為270 m或300 m，探測深度大于25 m，每條測線有效物理點不小于550個，剖面總長度1 770 m。

以2—2′剖面為例，見圖2，該場地上部地層主要為覆蓋層，電阻率普遍不高，下部為電阻率高的變粒巖。在測線方向170 m～200 m處出現明顯的高阻帶，與鉆孔464對應，在測線205 m～255 m處，電阻率相對較低，推測是巖層較破碎，巖石成分等變化引起，鉆孔464～465顯示為巖芯破碎，為斜長變粒巖，云母含量高等相對應。

根據物探測量成果推斷，場地巖性較為復雜，上覆人工填土和殘坡積層厚度變化大，巖性為粉土、粉質粘土、細砂，分布不均勻，視電阻率值一般小于100 Ω·m，局部為30 Ω·m～50 Ω·m。下伏巖層為太古界坪上組變粒巖和燕山晚期二長斑巖侵入體，其中以變粒巖為主。下伏基巖視電阻率值一般大于100 Ω·m，局部全風化程度較強區域視電阻率值相對較低；電阻率反映全風化層中局部高阻區、強風化巖層中局部低阻區，反映為該區基巖風化程度不均一，風化界面埋深變化大。

3.3　地質雷達

為獲得更為詳細的地質資料，指導地基基礎設計及施工，結合高密度電法勘測成果和前期鉆探成果，對擬建場地進行了地質雷達探測，以詳細查明基礎范圍下部的巖石風化程度。

根據物探測量成果推斷，以2—2′測線為例，見圖3，該測線453號鉆孔附近，0.0 m～6.0 m為第四系覆蓋層，6.0 m以下深度存在巖石風化破碎區，且存在小裂隙帶；其他區域巖石0 m～2.5 m深度范圍內，比較松散，是人工填土層影響；454號～455號鉆孔區域深度3.0 m～14.0 m范圍，基巖風化強烈，存在向下裂隙；該剖面未發現大型斷裂破碎帶等不良地質現象。

3.4　綜合解釋

波速試驗、高密度電阻率法(直流電法)和地質雷達測試(電磁波法)均能對巖石風化程度進行探查。綜合比較這幾種方法的優劣，單孔波速試驗精確度比較高，但探測范圍較小，僅可對該鉆孔周圍巖體風化程度進行判斷，是鉆孔判斷的對照；高密度電阻率法(直流電法)和地質雷達測試(電磁波法)探測范圍都比較大，也都比較直觀，但對于巖層風化程度的評價，高密度電阻率法(直流電法)所測的電阻率值更能準確的反映巖石風化的發育程度及分布區域，而地質雷達測試(電磁波法)相對比較方便，對廠址區無金屬物質干擾的情況下反映巖石風化程度的范圍更廣，多次反復探測可近視得到立體影像反應。

根據工程地質調查，擬建廠址區原始地貌存在數條沖溝、水塘等，現已全部回填，通過本工程一期勘測資料，大致確定沖溝的位置、走向等，并對現場工作進行了優化。另外對擬建主廠房區域已有巖石剖面的進行了研究(見圖4)。圖中灰色邊框內顏色較

深的為黑云斜長變粒巖，該巖石位于強風化的白云鉀長變粒巖中間，用手可掰斷；放入水中一天后軟化強烈，用手可碾成砂土狀。可見強風化基巖內部存在軟弱夾層[8]。

4　結語

通過波速試驗、高密度電阻率法(直流電法)和地質雷達測試(電磁波法)的物探綜合勘察，較好地探明了擬建場地基巖風化程度的整體分布范圍及軟弱巖土層的分布區域，通過工程地質調查及鉆探驗證，證實了工程物探在巖石風化程度判斷的正確性，工程物探能快速、真實、準確地反映工程場地巖石風化程度，以指導后期基礎設計及基坑開挖，避免后期因不均勻地基、巖石風化程度發育不均一等問題造成不均勻沉降、后期基坑超挖造成成本增加等問題[9]。

工程物探方法可操作性高、方便快捷、勘察成本低，隨著工程物探的發展，今后可大大節省鉆探的工作量，并能準確反映廠址區工程地質條件。

參考文獻:

[1]朱韜.探討工程物探在地質勘察中的應用[J].城市建設理論研究,2015(2):3069-3070.

[2]張凌云,劉鴻福,李成友.高密度電法測量中接地電阻試驗研究[J].勘探地球物理進展，2010,33(3):179-183.

[3]王效明,羅永現.工程物探在判斷巖石風化程度中的應用[J].華東建工勘察,2008,1(83)：85-87.

[4]蔣鳳.綜合物探在塌陷區巖溶地基安全評價中應用[J].地球,2013(9):130-131.

[5]邢文寶.探地雷達技術在巖溶地質勘探中的應用[J].鐵道建筑技術,2006(4):63-65.

[6]李大虎.探地雷達在探測墩下隱伏巖溶中的應用[J].重慶工學院學報(自然科學版)，2009(2):50-54.

[7]莫海萍,陸正,王勇.徐州發電廠巖溶地基處理[A].中國電機工程學會電力土建專委會結構分專委會第五次學術研討會[C].2006.

[8]李日運,吳林峰.巖石風化程度特征指標的分析研究[J].巖石力學與工程學報,2004,23(22):3830-3833.

[9]武斌.三種電磁波在巖溶探測中的應用[J].工程勘察,2005,33(4):64-66.