工程地質(zhì)物探

第二節(jié)地球物理勘探一地球物理勘探（一）、地球物理勘探概述地球物理勘探，簡(jiǎn)稱物探，它是以地殼表部巖、土的物理性質(zhì)（如電、磁、聲、光、熱、密度、彈性、放射性等）的差異為理論基礎(chǔ)，用物探儀器探測(cè)地下天然的或人工的物理場(chǎng)變化，借以查明地層、構(gòu)造，測(cè)定巖、土的物理力學(xué)性質(zhì)及水文地質(zhì)參數(shù)的一種勘探方法。優(yōu)點(diǎn)：物探具有工效高、成本低、應(yīng)用廣、透視性強(qiáng)等。缺點(diǎn)：解釋結(jié)果多解性等。（二）、物探方法的分類、應(yīng)用范圍與適用條件

分類名稱利用參數(shù)基本原理在工程地質(zhì)勘測(cè)中的應(yīng)用適用條件

電法勘探

直流電法電阻率法電測(cè)深法電阻率以地下巖石的電磁差異為物質(zhì)基礎(chǔ)，借助物探儀器測(cè)量其天然或人工的電磁場(chǎng)空間與時(shí)間分布狀況，通過(guò)分析和研究電、磁場(chǎng)變化規(guī)律，結(jié)合已知地質(zhì)資料，推斷出地下一定深度范圍內(nèi)地質(zhì)體分布特性及含水條件1.探測(cè)覆蓋層，古河床、古墓、尋找砂礫建材，2.探隱伏地質(zhì)構(gòu)造，如不同巖性陡立接觸帶、巖脈、斷層帶；3.探滑坡體的滑動(dòng)面；4.探巖溶、地下暗河及人為坑洞；5.在第四系地層中和基巖斷裂帶及巖溶發(fā)育區(qū)尋找含水層富水帶；劃分咸淡水界線；測(cè)潛水流向、流速；測(cè)水庫(kù)漏水點(diǎn)；6.測(cè)電力通訊線的大地導(dǎo)電率。

1.探測(cè)對(duì)象與圍巖有明顯電性差異；2.探測(cè)對(duì)象直徑d與埋深h比（即d/h）≧0.2:3；信噪比大于3（即s/n﹥3）；4.單井充電法測(cè)潛水流向、流速，要求潛水深小于50m；自然電場(chǎng)法測(cè)流向，要求潛水深小于15m.水流坡度要大；5.交流電磁法適用于接地困難，存在高屏蔽的地區(qū)、地段

電剖面法高密度剖面法自然電場(chǎng)法自然電位差充電法電位激發(fā)極化法極化率、衰減時(shí)

交流電法大地電磁測(cè)深及剖面法

電阻率人工源電磁頻率測(cè)深法甚低頻法地質(zhì)雷達(dá)介電常數(shù)

彈性波勘探地震勘探折射波法巖石的縱波速、橫波速、面波速利用人工激發(fā)的地震波在巖體中的傳播產(chǎn)生的反射、折射及瑞雷波變頻測(cè)深的特性以研究地下地質(zhì)體的幾何形態(tài)及巖體的物理力學(xué)參數(shù)1.研究地質(zhì)構(gòu)造；2.探覆蓋層厚度、斷層破碎帶、滑動(dòng)面、潛水位等；3.測(cè)巖體動(dòng)彈模量等；4.測(cè)地脈動(dòng)卓越周期、樁基檢測(cè)。1.折射波法；應(yīng)滿足U2﹥U---1，巖層視傾角與臨界角之和小于900；2.反射波法：應(yīng)滿足U1P1≠U2P2地層傾角(30-150)時(shí)最有利反射波法瑞雷波法聲波探測(cè)地基微動(dòng)測(cè)定卓越周期重力勘探重力加速度測(cè)定地球重力異常分布變化，分析地下地質(zhì)情況探區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造，深部斷層；微伽重力儀探大溶洞探測(cè)地質(zhì)體與圍巖有明顯密度差（重力法）或磁差異。探測(cè)對(duì)象規(guī)模與埋探比要足夠大磁法勘探磁場(chǎng)強(qiáng)度、磁化強(qiáng)度測(cè)各點(diǎn)地磁場(chǎng)，求出磁異常區(qū)，作地質(zhì)解釋探巖漿巖體界線、斷層帶、地下管道線、考古放射性勘探巖土的γ、α射線的強(qiáng)度測(cè)定巖土的天然或人工放射性γ強(qiáng)度及氡、釷衰變物的異常探尋基巖裂隙水、斷層帶、測(cè)土濕度、密度，環(huán)境監(jiān)測(cè)探測(cè)對(duì)象與圍巖有放射性差異，所探對(duì)象埋深淺分類名稱利用參數(shù)基本原理在工程地質(zhì)勘測(cè)中的應(yīng)用適用條件

核磁共振探視法巖石中水的氫質(zhì)子旋進(jìn)幅度在線圈中通電流在地下造成一個(gè)磁場(chǎng)，斷電后引起巖石中重力水的氫質(zhì)子在地磁場(chǎng)中旋進(jìn)，用接收線圈收測(cè)旋進(jìn)信號(hào)的幅度（它與巖石中水的數(shù)量成正比），以層析裝置可直接測(cè)含水層的分布、深度及厚度直接探視100m深內(nèi)含水層的埋深、厚度及水量，計(jì)算孔隙度探深為100m，為直接探視地下水的方法地溫及紅外勘探巖石溫度利用地下地質(zhì)體及巖溶裂隙與圍巖存在的溫度差異，用熱紅外儀器探測(cè)局部溫度異常的變化分布，以探查地質(zhì)問(wèn)題探查巖溶水、地?zé)峒岸囱?，判釋泥石流，預(yù)報(bào)環(huán)境污染所探測(cè)地質(zhì)體與圍巖有明顯的溫度差異

地下物探

電測(cè)井

電阻率用儀器觀測(cè)鉆井及井間巖石物性差異所引起的天然或人工物理場(chǎng)變化規(guī)律，以研究井壁和井周空間地質(zhì)構(gòu)造，測(cè)定巖體自然狀態(tài)下物理力學(xué)和水文地質(zhì)參數(shù)劃分軟弱夾層、風(fēng)化層厚度；測(cè)斷裂帶、巖溶位置；測(cè)井中出水位置及水文地質(zhì)參數(shù)；測(cè)巖層物理力學(xué)性質(zhì)。監(jiān)測(cè)地下水污染，核處理場(chǎng)地選址電測(cè)井和無(wú)線電波透視及聲速測(cè)井應(yīng)在地有泥漿（水）無(wú)套管的孔中進(jìn)行，水文測(cè)井應(yīng)在無(wú)套管或有濾管經(jīng)洗井后的清水井中進(jìn)行放射性測(cè)井放射性強(qiáng)度水文測(cè)井

水電阻率跨孔電波透視導(dǎo)電率跨孔聲波探測(cè)巖石波速鉆孔技術(shù)測(cè)量井斜、井溫、井徑二直流電法勘探（一）、直流電法勘探的種類自然界的巖層由于其種類、成分、結(jié)構(gòu)、濕度和溫度等不同，而具有不同的電學(xué)性質(zhì)。以巖層電學(xué)性質(zhì)的不同為基礎(chǔ)，用儀器觀測(cè)天然或人為的電場(chǎng)變化或電性差異，來(lái)解決某些地質(zhì)問(wèn)題的勘探方法，稱為電法勘探，簡(jiǎn)稱電探。電探又分為直流電法勘探和交流電法勘探兩大類1、電阻率法基本原理不同巖層或同一巖層由于成分和結(jié)構(gòu)等不同，因而具有不同的電阻率。通常在地表觀測(cè)某點(diǎn)的電阻率變化，從而了解巖層的分布或地質(zhì)構(gòu)造特點(diǎn)的方法，稱電阻率法無(wú)線電波透視法基本原理由于巖石電性的不同，對(duì)電磁波的吸收具有差異。當(dāng)?shù)刭|(zhì)體的電性與圍巖差異較大時(shí)，通過(guò)它們的電磁能的衰減亦明顯的不同。良導(dǎo)體對(duì)電磁能強(qiáng)烈地吸收，對(duì)無(wú)線電波起屏蔽作用。因此，如果在電磁波發(fā)射與接收之間出現(xiàn)良導(dǎo)體，則接收的訊號(hào)大大減弱，甚至接收不到，形成所謂陰影區(qū)。從不同角度和方向發(fā)射和接收無(wú)線電波，可以得到不同的陰影區(qū)，從而判釋出該地質(zhì)體存在的位置和形狀。工程地質(zhì)勘察中，已比較廣泛應(yīng)用無(wú)線電波透視法來(lái)探測(cè)溶洞，2.觀測(cè)方法(1)同步法：發(fā)射天線和接收天線分別在兩鉆孔中同時(shí)提升或降落相同的距離，使發(fā)射源至接收點(diǎn)的距離保持不變。如果發(fā)射天線和接收天線在用一水平高度上升或降落，則稱為水平同步；如果發(fā)射天線和接收天線是在有一相對(duì)高差的情況下上升或降落，則稱為高差同步或斜同步。(2)定點(diǎn)法：在一個(gè)鉆孔中固定接收天線（或發(fā)射天線），在另一鉆孔中向上（或向下）移動(dòng)發(fā)射天線（或接收天線），進(jìn)行逐點(diǎn)觀測(cè)。地震勘探地震勘探是通過(guò)人工激發(fā)的彈性波在地下傳播的特點(diǎn)來(lái)解決某一地質(zhì)問(wèn)題.由于巖石的彈性性質(zhì)不同,彈性波在其中的傳播速度也有差異，利用這種差異可判定地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造等。彈性波的激發(fā)方法，一般用敲擊法或爆炸法。按彈性波的傳播方式，地震勘探又分為直達(dá)波法、反射波法和折射波法。直達(dá)波法由震源直接（不經(jīng)過(guò)界面的反射和折射)傳播到接收點(diǎn)的波稱直達(dá)波。利用直達(dá)波的時(shí)距曲線（彈性波到達(dá)觀測(cè)點(diǎn)的時(shí)間t和到達(dá)觀測(cè)點(diǎn)所經(jīng)過(guò)的距離S的關(guān)系曲線稱為時(shí)距曲線）可求得直達(dá)波速，從而解決某些勘探問(wèn)題。在工程地質(zhì)勘察中，一般用此法測(cè)定表土中某一特定波的波速，從而計(jì)算土層的動(dòng)力參數(shù)。反射波法彈性波從震源向地層中傳播（圖8-2-5），遇到性質(zhì)不同的地層界面時(shí)，遵循反射定律發(fā)生反射現(xiàn)象。形成反射面的條件是界畫(huà)兩側(cè)介質(zhì)的密度和傳播波的速度的乘積（稱為介質(zhì)的波阻抗）不相等。反射波回到地面所需的時(shí)間，與界面的深度有關(guān)。如果測(cè)得反射波到達(dá)地面所需的時(shí)間，作出反射波的時(shí)距曲線，就可推求出所需探測(cè)界面的深度。瞬態(tài)瑞利波勘探探法瞬態(tài)瑞利波勘探探方法是一種新新的地震方法。。它可以快速和經(jīng)濟(jì)濟(jì)地測(cè)定巖土層層的瑞雷波速度度。由瑞雷波速度可換算算成橫波速度。。工程應(yīng)用瞬態(tài)多道瑞利波波勘探技術(shù)在巖巖土工程勘察中中是一種有效的方法法。它對(duì)于土層層波速測(cè)試、場(chǎng)場(chǎng)地類別劃分、土層劃分分、不良地質(zhì)體體的探查等具有有快速、靈活、準(zhǔn)確的優(yōu)優(yōu)點(diǎn)，地層分層層的準(zhǔn)確度?？煽蛇_(dá)到分米級(jí)。聲波探測(cè)一、基本原理聲波探測(cè)是彈性性波探測(cè)技術(shù)中中的一種，它是是利用頻率為數(shù)千赫－－20千赫的聲聲頻彈性波通過(guò)過(guò)巖體，研究其在不同性質(zhì)質(zhì)和結(jié)構(gòu)的巖體體中的傳播特性性，從而解決某些工程地地質(zhì)問(wèn)題。二、基本探測(cè)方方法在巖體的某一點(diǎn)點(diǎn)激發(fā)（發(fā)射））聲波，在另一一點(diǎn)進(jìn)行接收，測(cè)出聲聲波自發(fā)射點(diǎn)到到達(dá)接收點(diǎn)的間間隔時(shí)間，已知發(fā)射和和接收兩點(diǎn)間的的距離，計(jì)算波波速：聲波探測(cè)的應(yīng)用用按下式計(jì)算巖體體的完整性系數(shù)數(shù)Cm式中υm———在巖體中中測(cè)得的波速；；υc———在同一巖巖體的巖樣中測(cè)測(cè)得的波速完整性類別完整性好完整性較好完整性差Cm>0.750.75—0.45<0.45利用巖體完整性性系數(shù)計(jì)算巖體體的準(zhǔn)強(qiáng)度：式中Rcm、Rtm———巖體的準(zhǔn)準(zhǔn)抗壓強(qiáng)度和準(zhǔn)準(zhǔn)抗拉拉強(qiáng)度（KPa）；Rc、Rt——巖樣的單軸軸抗壓、抗拉強(qiáng)強(qiáng)度（KPa）測(cè)定洞室圍巖松松動(dòng)圈和應(yīng)力集集中區(qū)的范圍在洞室圍巖的不不同位置，求出出波速沿孔深的的變化曲線，根據(jù)裂裂隙、斷層、夾夾層等使波速降降低，巖體受應(yīng)力后波速速增大的現(xiàn)象，，可按曲線的形形態(tài)推求松動(dòng)圈和應(yīng)力集集中區(qū)的范圍。。洞壁附近波速較較低，表示此處處巖體松動(dòng)；繼繼深度增加出現(xiàn)一個(gè)個(gè)高速區(qū)，即為為應(yīng)力集中區(qū)；；再深，接近完整巖體波波速，即為原始始應(yīng)力狀態(tài)。洞壁附近波速較較高，表示巖體體堅(jiān)硬完整，僅出現(xiàn)應(yīng)力力集中區(qū),無(wú)松松動(dòng)區(qū)。波速接近完整巖巖體波速，并從從洞壁向內(nèi)無(wú)明顯變化，表表示無(wú)松動(dòng)區(qū)和和無(wú)應(yīng)力集中區(qū)。洞壁附近出現(xiàn)松松動(dòng)區(qū)，且范圍圍較大，再深，波速接近完完整巖體波速，，無(wú)應(yīng)力集中區(qū)。重力勘探組成地殼的各種種巖石之間具有有密度差異，使地球的重重力場(chǎng)發(fā)生局部部變化，而引起起重力異常。重力力勘探是通過(guò)測(cè)測(cè)定地球表面重重力場(chǎng)的變化來(lái)解解決地質(zhì)問(wèn)題的的。常見(jiàn)巖石、礦物物的密度值重力異常及重力力異常圖將地面某點(diǎn)的重重力觀測(cè)值與該該點(diǎn)正常值比較較，二者之間的差別別即為重力異常常值。一般說(shuō)來(lái)，在解解決區(qū)域性地質(zhì)質(zhì)問(wèn)題時(shí)，往往往需要以理論重力值值作為正常場(chǎng)，，這時(shí)所獲得的的為絕對(duì)重力異常。在局局部構(gòu)造及礦產(chǎn)產(chǎn)評(píng)價(jià)中，則往往往根據(jù)一定的原則選擇擇一個(gè)點(diǎn)作為測(cè)測(cè)區(qū)重力的起算算點(diǎn)，以此點(diǎn)實(shí)測(cè)的重力力值作為正常場(chǎng)場(chǎng)值，測(cè)得其他他測(cè)點(diǎn)相對(duì)于此點(diǎn)的重力力差值作為重力力異常值，這時(shí)時(shí)所獲得的為相對(duì)重力異異常1.重力異常平平面圖重力異常平面圖圖可在一般的地地形圖上標(biāo)上測(cè)測(cè)點(diǎn)的位置編號(hào)及重重力異常值。在在圖上按一定的的異常線距用內(nèi)插法把異異常值相等的點(diǎn)點(diǎn)連成平滑的曲曲線——等異常線。重力異常剖面圖圖把測(cè)點(diǎn)位置點(diǎn)在在橫座標(biāo)軸上，，縱座標(biāo)表示重重力異常，相鄰點(diǎn)用用折線連接起來(lái)來(lái)，便為重力異異常剖面圖重力異常剖面平平面圖一般用于大比例例尺重力測(cè)量中中，作法是把各剖面按照其其實(shí)際位置展繪繪在平面圖上1-等重力線2-重力變化率率向量；3-球形地質(zhì)體體在地面投影圖圖幾種情況下的重重力異常圖1.在密度較小小的球狀地質(zhì)體體上的重力異常常圖⑴等重力線形狀狀和地質(zhì)體的形形狀一致，重力力變化率，箭頭指向密密度較大的圍巖巖。重力值在地質(zhì)體體頂部最小，重重力變化率絕對(duì)值最大的位位置對(duì)應(yīng)重力曲曲線斜率最大的的地方。在密度較圍巖大大的脈狀地質(zhì)體體上的重力異常常圖地質(zhì)體埋藏愈淺淺，引起的異常常強(qiáng)度愈大，寬寬度愈?。坏刭|(zhì)體埋埋藏愈深，異常常強(qiáng)度愈小，寬寬度愈大在背斜上的重力力異常在背斜的頂部，，重力值一般較較大。背斜上異常值范圍較寬寬，重力變化率率則小在斷層構(gòu)造上的的重力異常圖重力變化率最大大和重力曲線斜斜率最大的部位，恰好與斷斷層面相對(duì)應(yīng)。。磁法勘探磁法勘探是通過(guò)過(guò)測(cè)定地殼中