工程勘察中地球物理勘探的運用及實例

孟祥召

【摘要】物理勘探具有速度快、精度高、損傷少的特征，它在不斷減少企業的成本及資金支出的同時，使工程質量也在不斷提高。本文分析了物理勘探的特點及主要應用，同時指出堤壩勘察的主要特點，進而探討了在水利工程實踐中的工作方法。

【關鍵詞】水利工程；勘察；地球物理；勘探技術

1引言

如何應對危害大、破壞力強的洪澇災害是我國的水利工程當前面臨的重要問題。綜合分析我國堤壩修筑的經濟、社會、自然、歷史等諸多因素，運用先進的勘探技術才能迅速、精確并安全地找出其隱患，才能進一步開展科學高效的整治工作，進而使水利工程的質量提升。過去大多使用鉆探方法進行堤壩隱患探測，然而這些方法具有較大的局限性，在速度、精度以及安全度上都不足以滿足現今探測的需求。隨著中國科技水平的不斷提高，中國物探技術也在快速發展。因此新形勢下，地球物理勘探成為了重要的勘探手段。

2地球物理勘探技術在水利工程中的主要應用

地球物理勘探技術適用于大壩的選址工作、質量檢測工作等水利工程建設項目。當前，地球物理技術不斷進步，在水利工程建設過程中，該技術主要的應用體現在三個方面：第一，對水利工程區和壩址區覆蓋層的厚度進行探測同時分層，對風化層的厚度進行劃分，把握基巖的起伏形態，探明隱伏的構造，整理以上基本資料以便于工程的選線以及選址。第二，利用面波探測，使各巖體和土體的波速得以確定，整理相關數據以便于工程的基礎開挖、建基面驗收以及施工質量監測等。第三，對洞室、圍巖、基巖的彈性波進行測定，提供巖體力學參數，以便于該工程巖體的地質分類以及質量評價。

3堤壩隱患探測的基本特點

3.1探測對象的嚴重不均勻性

物探方法優缺點：透過覆蓋層尋找隱伏的地質構造，是一種間接勘探方法，工作效率高，施工進度快，成本低，但資料解釋具有多解性，解釋結果具有一定的概略性和近似性，物探工作相對而言能從整體上了解隱伏的勘探目標的全貌，但物探工作有自身局限性，物探方法應用具有條件性。

3.2探測環境具有特殊性

因為有些堤壩是交通通道，因其通船及通車時，會產生較大的噪聲干擾，不利于進行堤壩探測工作，使數據的采集質量受到了不利影響。

3.2堤壩隱患具有不固定性

汛期到來時，堤壩的隱患并非固定不變，而會隨時間的推移而改變。堤壩可能會暫時檢測不出險情隱患，但也許一段時間之后會產生險情隱患。所以，探測工作需要保持警惕，一定要動態探測并監控重要地段，切實掌握堤壩內部物性參數的變化，及時檢測并監控隱患的各種變化情況。

4地球物理勘探在水利工程中的工作方法選用

物探方法分類，按物質性質：重力勘探、磁法勘探、電法勘探、地震勘探，放射性，地熱等，為了使物探資料的多解性得以排除并減少，勘探的精度得以提高，針對不同的階段和情況可選用地球物理勘探中的多種工作方法進行水利工程的勘探。

4.1地震波CT層析成像

地震波CT層析成像的成圖直觀、受外界干擾、精細程度高，有利于提供鉆孔間巖體介質的分布的高分辨率圖像，因此其觀測所得的數據信噪比更好、頻率更高。通過分析地震波速度的大體形態，進而標明地質異常體、分析對巖體風化程度并評價巖體質量等，其實用價值較高。

4.2單孔聲波

利用單孔聲波測井儀器進行巖體的聲波振幅、聲波速度以及頻率的記錄，對在巖體中物性參數的變化規律開展分析與研究，進而對巖體的巖體的彈性、巖體的孔隙度以及巖性（裂隙、分層）進行判斷和分析處理，進而應對壩基巖體存在的地質缺陷，單孔聲波常常應用于壩基巖體的基礎勘探、檢測以及治理。

4.3鉆孔彈模法

鉆孔彈模測試具有設備簡便、易拆裝、可反復使用的特點，是在鉆孔中通過鉆孔彈模計進行原狀巖土體的彈性模量測試的工作方法。鉆孔彈模計包括柔性和剛性，剛性鉆孔彈模計把一對徑向的均布壓力施加在鉆孔孔壁上，接著以鉆孔孔徑變形的關系以及所施加的壓力為依據計算出巖體彈性模量。另外，鉆孔彈模法能夠對軟弱巖體的質量進行檢測，即使鉆孔內有水時亦能檢測。鉆孔彈模法一般應用于地層的劃分，以及對觀破碎帶、測裂隙、斷層等發育狀況進行觀測。

4.4電測深法

電測深法是在地面規定的測深點上，通過依次增加對供電電極以及AB極距的大小，對同一點的、AB極距不同的視電阻率ρS值進行測量，對此測深點下各深度的地質斷面狀況進行研究。水面使用三極對稱裝置，陸地一般使用對稱四極裝置，通過電測深量板以定量解釋，進而對各層的厚度及深度進行分析，目的是與地震反射波法相結合以便于河床內覆蓋層厚度的查明。

5實例分析

5.1工程概況

江西省萬載縣九龍河水電站工程位于萬載縣九龍墾殖場境內，錦江支流九龍河中游。是一座以發電為主，兼有防洪的小型水電樞紐工程。主要建筑物有引水建筑物、檔水建筑物和發電廠房。

物理勘探的主要任務是對比選壩線及建筑物等鉆孔，進行聲波測井，及對鉆孔的部分巖芯進行聲波測試，提供壩址巖體力學參數和巖體完整系數，初步評價巖體質量。

該工程共完成測井鉆孔31個，測段長1311.5m，巖芯532塊。

聲波測試使用的儀器為WSD-2數字聲波儀，鉆孔聲波測井是通過分析聲波沿孔壁傳播的速度異常，來判斷巖體的質量，施測方式是采用單發雙收的數據采集，沿孔壁自下而上連續觀測，點距為0.20m，巖芯聲波測試是采用單發單收，聲波對穿方式進行，按不同巖性或相同巖性不同風化程度選取一定數量，并且能滿足測試條件要求的巖樣進行聲波測試。

5.2.資料解析

5.2.1聲波測井

九龍河水電站上壩址鉆孔聲波測井所測基巖為變余粉砂巖，其巖性單一，堅硬，多為層面節理、裂面平直光滑，隨風化程度加深，節理裂隙發育，巖芯呈破碎至較破碎狀，由鉆孔聲波測井力學參數統計表可知弱風化下部巖體完整系數KV=0.48，屬完整性差巖體，且發育緩傾角層間張性節理，其巖體質量較差，而微風化及新鮮巖體的完整系數Kv分別為0.64和0.71，均屬較完整巖體，巖體質量較好。

5.2.2巖芯測試

鉆孔巖芯聲波測試，是在已做聲波測井的鉆孔巖芯中，根據不同風化程度的巖芯，選擇符合測試條件的巖樣共262塊，進行聲波測試，并分別統計計算出巖塊動彈性力學參數。

根據巖芯聲波測試力學參數統計分析：同一巖性，不同風化程度的巖石縱波速值存在較大的差異，隨著風化程度的減弱，其波速Vp值逐漸增加，這表明風化程度也是影響巖體波速的主要原因。在所測試的巖芯中，相同風化程度的變余細砂巖Vp值要高于變余粉砂巖。兩者Vp值差異在1.2%～11.2%區間，這種差異是隨著風化程度的加劇而增大。相同風化程度的變余粉細砂巖波速要高于變余粉砂巖。表明變余粉細砂巖體質量要好于變余粉砂巖。

6結論

綜上所述，地球物理探測技術既極大的便利了水利工程的建設，有利于水利工程建設的風險的降低，進而使水利工程管理和建設的質量水平得以提高。將地球物理探測技術應用于水利工程時，必須充分結合地球物理和地質特征，綜合利用并組合各種物探方法，在水利工程中充分發揮地球物理探測技術的高效性，提升水利工程檢測的質量水平。

參考文獻：

[1]賀智娟，鄔靜，裴尼松，王宇璽.大壩建基巖體綜合物探檢測方法及應用效果.勘察科學技術，2010（2）：58-60.

[2]宋文杰，劉玉華，肖貴學.地球物理勘探技術的發展和應用[J].工程建設與設計，2010（1）

[3]丁陳奉，孫云，何剛，鄧希貴.錦屏一級水電站基礎工程灌漿檢測技術及評價標準研究[J].水利技術監督，2012，25（2）：192～198.

窗體底端