物探技術在工程勘察中的研究與應用

何盼情

西安交通工程學院 陜西西安 710300

1 物探技術概述

在很多大型工程中，工程物探是至關重要的一部分。實踐證明，工程物探已經(jīng)在工程建設的各個時期起到了十分關鍵的作用，5 種常見的物探技術如下：

（1）電法勘探技術，包括電測深法、電剖面法、高密度電法、自然電場法、充電法、激發(fā)極化法、音頻大地電磁測深法(包括可控源)、瞬變電磁法等；

（2）探地雷達勘探技術，包括剖面法、寬角法、環(huán)形法、透射法、單孔法、多剖面法等；

（3）地震波類勘探技術，包括淺層折射波法、淺層反射波法和瑞雷波法；

（4）彈性波測試勘探技術，包括聲波法和地震波法；

目前最常用、典型的方法為地震波類勘探技術，著重介紹該方法的技術原理、使用步驟及現(xiàn)場應用。

2 地震波類勘探技術研究與應用

2.1 淺層地震波勘探技術原理

淺層地震勘探作為工程勘探的一種物探方法，主要通過研究人工激發(fā)的地震波在巖、土介質中的傳播規(guī)律，以探測淺部地層和構造的分布，進而完成覆蓋層界面形態(tài)勘查，基巖風化帶及起伏情況探查，場地內構造的發(fā)育狀況及展布方向，場地不良地質情況調查等。該方法具有測試精度高，施工較為簡便，資料解釋自動化程度高等特點。特別是近年來發(fā)展起來的地震勘探儀器，其動態(tài)范圍可達120dB 以上，這滿足了淺層地震儀器信號的動態(tài)范圍，同時由于施工場地限制，采用增強地震儀這一功能，使地震振源問題大大簡化，只采用一般的大錘即可完成勘探，拓寬了該方法的使用條件。淺層地震波勘探的工作示意圖如圖1 所示。

圖1 淺層地震波勘探的工作示意圖

2.2 淺層反射波法勘探分析

淺層反射波法的物理前提是兩層介質的波阻抗不同，即密度與速度的乘積(ρV)不同。地震波淺層反射法可用以解決下列問題：測定覆蓋層的厚度，確定基巖的埋深和起伏變化；追索斷層破碎帶、裂隙密集帶，以及不整合面；研究巖石的彈性性質，即測定巖石的動力彈性模量和動泊松比；劃分巖體的風化帶，測定風化殼厚度和新鮮基巖的起伏變化。淺層反射波疊后地震時間剖面如圖2 所示，淺層反射波法時間剖面斷層特征如圖3 所示。

圖3 淺層反射波法時間剖面斷層特征

2.3 淺層反射波法勘探現(xiàn)場應用

淺層地震反射波法勘探是地震勘探方法中較為常用的一種方法，主要用于地質構造的探測等方面。常采用水平疊加觀測系統(tǒng)，并配合有相對比較完善的數(shù)據(jù)處理軟件。如山東龍口地區(qū)某煤田地震反射波法勘探，使用的儀器設備型號為SE2404A，檢波器頻率為100Hz，接收道數(shù)為12 道，震源為18 磅大錘，道間距為3m，偏移距36m，水平疊加次數(shù)6 次，采集方式12 道滾動采集。從單張地震記錄中可以清晰地看到各個目的層的反射波信號，而且有效反射波沒有和面波產生干涉區(qū)域，從CDP剖面可以清楚地看到3 個同相軸，其分別對應第四系砂層、基巖以及煤層，同時在剖面的后部可看出一條發(fā)育規(guī)模較大的斷層。

3 淺層折射波法勘探技術

3.1 淺層折射波法勘探的原理

折射波法地震勘探是利用人工震源激發(fā)的地震波在地下介質中傳播，當?shù)叵陆橘|的波速大于上部介質的波速時，波就會改變原來的傳播方向而產生折射，在入射角等于臨界角時，折射波就會沿界面?zhèn)鞑ィ串a生所謂的滑行波，這種滑行波引起界面上各質點的振動，并以新的形式傳播到地面，在地面上觀測其到達的旅行時間和接收點到震源的距離，就可以求出折射界面的埋藏深度及界面速度。淺層折射波法勘探工作示意圖如圖4 所示。

圖4 淺層折射波法勘探工作示意圖

3.2 淺層折射波法勘探可解決的問題

淺層折射波法應用的物理前提是目的層介質的平均波速一定要大于上層介質的平均波速。地震波淺層折射法，可用以解決下列問題：

（1）測定覆蓋層的厚度，確定基巖的埋深和起伏變化；

（2）追索斷層破碎帶和裂隙密集帶以及不整合面；

（3）研究巖石的彈性性質，即測定巖石的動力彈性模量和動泊松比；

免耕秸稈還田共調查7塊田，水旱輪作，其中撒播田塊占57.14%，條播田塊占42.86%。苗期雜草種類有豬殃殃、看麥娘、繁縷、通泉草、薺菜、窄葉野豌豆、硬草等7種，拔節(jié)前期有豬殃殃、硬草、 繁縷、看麥娘、通泉草、薺菜、窄葉野豌豆、婆婆納等8種，分屬6科8屬，其中禾本科2種、玄參科2種，其他科均為1種。在苗期和拔節(jié)前期形成以硬草+豬殃殃+看麥娘+薺菜+繁縷為優(yōu)勢的雜草群落。表5列出了株數(shù)發(fā)生量最大的6種主要雜草在同一類型田塊中的平均株數(shù)、平均密度、平均蓋度、平均頻度及總頻度。調查發(fā)現(xiàn)條播和撒播2種不同的播種方式對雜草的發(fā)生沒有影響。

（4）劃分巖體的風化帶，測定風化殼厚度和新鮮基巖的起伏變化。

3.3 淺層折射波法數(shù)據(jù)處理步驟

以差數(shù)時距曲線法求速度和t0法求界面為例介紹折射數(shù)據(jù)處理步驟：

（1）讀取折射波初至時間；

（2）繪制折射波時距曲線；

（3）繪制t0- θ 曲線；

（4）計算、繪制速度界面進行地形校正，結合地質資料做地質解譯，所有的運算過程均由軟件程序完成，方便快捷。

3.4 淺層地震折射波法勘探應用實例

（1）巖土工程中的應用。淺層地震折射波法主要應用于工程勘探中，以確定工程場地的巖土層分層厚度、構造帶等。折射波法能夠從原始的采集資料中直接獲得巖土層的埋藏深度以及折射界面上下巖土體的速度等參數(shù)，是工程勘察中較為重要的物探方法。本次應用在某化學工業(yè)公司乙烯工程項目中，采用的儀器設備為SE2404型綜合工程探測儀，工作通道數(shù)量24 道，震源形式為炸藥。利用該方法所解釋的地質界面的埋藏深度以及破碎帶的位置得到了鉆探和槽探的驗證，所提供的成果符合工程地質的要求。

（2）石油地震低速帶校正應用。在石油地震勘探中，為了進行低速度帶校正和尋找地下水的埋深度，指導地震生產中的放炮井的生產，常常利用小折射的方法進行工作。由于低速帶測試工作是在地震工作區(qū)域內，根據(jù)不同的地貌單元進行的點測試，這就要求儀器設備除了滿足測試要求之外，還應該小巧輕便、易操作性等。根據(jù)所采集到的記錄，可確定低速帶的速度和埋藏深度，從而用于地震資料的校正計算。

4 地震映像法勘探

地震映像法勘探方法是以固定的偏移距，以一定的點距逐點采集，最終將所有采集的記錄拼接為一張地震時間剖面。由于同一地層的地震波特性相同，因此通過分析地震波同相軸特性即可得到豐富的地質信息，進而達到勘探的目的。與陸地相比較，水域中激發(fā)條件和接收條件比較好而且波的分布特征比較單一，因此為地震映像法提供比較理想的地球物理條件。水域映像法實質上與淺剖儀相類似，只是在震源的選擇方面比較靈活而且具有較深的勘探深度。

5 結論

綜上所述，隨著時代的進步科技的發(fā)展，勘測技術擁有廣泛的發(fā)展前景，在地質勘探領域中，占據(jù)著越來越重要的地位。隨著各種先進勘測技術的不斷涌現(xiàn)，人們對于物探技術的實際運用，還有一定的局限性，需要進一步的研究和掌握物探技術更深領域的性能，以便最大限度地服務于地質勘探事業(yè)。因此，必須高度重視，進一步加強研究，提升從業(yè)人員的專業(yè)水平和全面能力，才能有效地推動物探技術以及帶動其他相關技術的順利發(fā)展，使我國的地質勘探工作平穩(wěn)進行，為物探技術乃至地質基本技術的發(fā)展提供源源不竭的動力源泉。