時彥芳

山東省地礦工程勘察院，山東濟(jì)南，250014

綜合物探方法在309國道馬石店隧道勘察中的應(yīng)用

時彥芳*

山東省地礦工程勘察院，山東濟(jì)南，250014

在309國道馬石店隧道勘察中，利用高密度電阻率法和淺層地震波法進(jìn)行勘察，為勘察設(shè)計提供依據(jù)。實(shí)踐表明以高密度電法為主、淺層地震折射波法相輔助進(jìn)行物探勘測，通過綜合比較，在查明風(fēng)化層和基巖分界及隱伏構(gòu)造方面，取得了不錯的效果。

工程地質(zhì)勘查 高密度電阻率法 淺層地震波法

0 引言

物探技術(shù)在隧道勘察中發(fā)揮著越來越重要的作用，由于各種物探方法都有一定的應(yīng)用前提，對應(yīng)著不同的優(yōu)勢和局限，加之實(shí)際勘察中存在復(fù)雜的地質(zhì)和地形條件，它們都對最終的物探勘察成果解譯有較大的影響，所有用單一的物探方法一般難以查明或解決對應(yīng)的地質(zhì)工程問題，在實(shí)際工作中，常采用綜合物探方法進(jìn)行解決【1】。本案例中，乳山309國道所經(jīng)馬石店山地質(zhì)情況復(fù)雜，因而用高密度法和淺層地震波法對圍巖地質(zhì)條件進(jìn)行探測，保障隧道安全施工。

本工區(qū)表層為第四系山前洪積物，根據(jù)測區(qū)地層分布條件分析，粘土、殘積土、中風(fēng)化礫巖、砂巖、砂巖夾泥巖三者之間存在明顯的（或懸殊的）波阻抗差和電阻率差，這是本區(qū)采用淺層地震和高密度電法的物理前提條件，該物理條件可以滿足在本區(qū)采用淺層地震和高密度電法的物探條件（見表1）。

1 隧道勘探方法選擇

1.1 高密度電法

高密度電阻率法的基本原理與常規(guī)電阻率法完全相同，都是以地殼中巖石和礦石的導(dǎo)電性差異為物質(zhì)基礎(chǔ)，通過觀測與研究人工建立的地中電流場（穩(wěn)定場或交變場）的分布規(guī)律進(jìn)行找礦和解決地質(zhì)問題的一組電法勘探分支方法【2，3】。其可以在一條觀測剖面上一次性布置數(shù)十根甚至上百根電極，通過對電極自動轉(zhuǎn)換器的控制，實(shí)現(xiàn)電阻率法中各種不同裝置、不同極距的自動組合，從而一次布極可測得多種裝置、多種極距情況下多個視電阻率參數(shù)，因而無論從效率、成本還是實(shí)時處理方面都明顯優(yōu)于傳統(tǒng)電法【4，5】。其中α排列(溫納裝置A M N B)，β排列(偶極裝置A BM N)，γ排列(微分裝置) 和聯(lián)合剖面是常用裝置，由于溫納裝置具有垂直分辨率高的優(yōu)點(diǎn)，本次勘察采用α排列(溫納裝置A M N B)，其中A、B為供電電極，M ，N為測量電極，電極數(shù)為60根。

1.2 淺層地震波法

利用地震波的折射原理，對淺層具有波速差異的地層或構(gòu)造進(jìn)行探測，其具有較強(qiáng)的橫向分辨能力，與高密度電法綜合探測，起到了較好的互補(bǔ)和綜合作用【6】。

表1 工區(qū)各介質(zhì)巖體縱波速度參數(shù)表Table 1 Various medium rock mass compressional wave velocity parameter list in work area

1.3 兩種方法應(yīng)用前提條件【7~9】

本次勘察主要任務(wù)是查明馬石店隧道K119+439（進(jìn)口）及出口所經(jīng)過區(qū)域地質(zhì)情況，劃分風(fēng)化帶與完整基巖分界面，查明隱伏的斷裂帶。由于風(fēng)化帶相對于完整基巖為疏松物質(zhì)，因此上層風(fēng)化帶的地震波速和電阻率一般都低于基巖的地震波速度和電阻率；當(dāng)基巖存在斷裂或裂隙等隱伏地質(zhì)構(gòu)造時，構(gòu)造處巖石相對破碎，相對于完整基巖為疏松物質(zhì)，其地震波速度和電阻率一般都低于完整基巖的地震波速度和電阻率，所以應(yīng)用地震勘探方法和高密度電法可以探測到斷裂和裂隙等隱伏地質(zhì)構(gòu)造，對基巖和風(fēng)化帶進(jìn)行劃分【10】。

2 應(yīng)用分析

2.1 高密度電法資料解譯與處理

通過對高密度電阻率法資料進(jìn)行分析處理，可以較直觀的確定風(fēng)化層厚度，查明基巖中的斷裂、裂隙構(gòu)造。風(fēng)化帶和斷裂相對周圍基巖為低阻體，在勘測中將產(chǎn)生低阻異?！?】。一般來說，高密度視電阻率斷面等值線圖視電阻率的變化，大致反映地下巖體電阻率的變化。由低阻異常的位置和形態(tài)可推測出地質(zhì)構(gòu)造的位置和產(chǎn)狀。以電極號為橫坐標(biāo)，測量深度為縱坐標(biāo)，繪制高密度視電阻率斷面等值線圖，等值線上標(biāo)注的數(shù)字為視電阻率值，單位為?·m。隧道進(jìn)口K119+439及前后各10m處分別布置一條物探線，方向垂直隧道縱向線。根據(jù)高密度視電阻率斷面圖分析，結(jié)合有關(guān)地質(zhì)資料，推斷出進(jìn)洞口K119+429-449號樁段，兩側(cè)巖石較為破碎，節(jié)理裂隙較為發(fā)育，左側(cè)19m處，存在明顯一條風(fēng)化破碎裂隙，受該裂隙影響，巖石較為破碎，深度已作用到14m左右（見圖1）。

沿隧道縱斷面K119+439- K119+715布置一條物探線。根據(jù)高密度視電阻率斷面圖，結(jié)合有關(guān)地質(zhì)資料分析，K119+429-K119+705號樁縱向剖面，電阻率小于90?·m，為風(fēng)化層，大于90 ?·m，小于160?·m為中風(fēng)化基巖。水平120m處，電阻率成梯度狀，推斷為節(jié)理構(gòu)造，該構(gòu)造兩側(cè)巖石較為破碎。樁號k199+688處，兩側(cè)巖石風(fēng)化破碎較為嚴(yán)重（圖2）。雖然地電差異明顯，但測區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，考慮電測深條件性和局限性，為更準(zhǔn)確查明隱伏構(gòu)造，用淺層地震波法進(jìn)行驗證，為半定量提供更充分的依據(jù)。

2.2 淺層地震波法資料解譯與處理

K119+440-688號樁縱向剖面，地震剖面同相軸明顯殲滅復(fù)合，不連續(xù)，與電測深解譯相互驗證，推斷為節(jié)理構(gòu)造，該構(gòu)造兩側(cè)巖石較為破碎，樁號k199+688處，兩側(cè)巖石風(fēng)化破碎較為嚴(yán)重（圖3）。

3 討論

高密度電法為主，淺層地震折射波勘探相輔助是目前許多實(shí)際工作中常用到的勘察方法。此方法具有自動化程度高、工作效率高、地質(zhì)資料形象直觀等特點(diǎn)，能以快捷高效的方式獲得豐富的地質(zhì)信息，進(jìn)行二維或三維分布的圖像重建后，能更清晰的反映地質(zhì)結(jié)構(gòu)，為工程勘探帶來了方便。結(jié)合地質(zhì)調(diào)查資料或鉆孔資料，可以較為準(zhǔn)確地推測出地質(zhì)體形態(tài)和產(chǎn)狀。高密度電法比較適合對高、低電阻率介質(zhì)體進(jìn)行劃分，反映分界面的起伏狀況。在山區(qū)等地質(zhì)情況復(fù)雜地區(qū)進(jìn)行勘探，相對其他電測深方法，可取得較為理想的探查效果。淺層折射波法勘探，對于確定基巖深度、確定基巖起伏程度效果比較好。測區(qū)山體基巖附于表層風(fēng)化帶之下，保存完整程度較高，適合用淺層折射波法進(jìn)行勘探【11】。

圖1 馬石店隧道進(jìn)口橫向斷面圖Fig 1 The crosswise sectional drawing of Mashidian tunnel imports

圖2 馬石店隧道K119+440~K119+688號樁縱向斷面圖Fig 2 Longitudinal sectional drawing of Mashidian tunnel K119+440~K119+688 number pile

圖3 馬石店隧道k119+440-688號樁縱向cdp剖面圖Fig.3 Longitudinal cdp sectional drawing of Mashidian tunnel k119+440-688 number pile

在309國道馬石店隧道勘察工作中，應(yīng)用高密度電法為主，淺層地震折射波勘探相輔助的綜合物探方法，取得了不錯的效果。由獲得的cdp剖面圖及電阻率斷面圖，并根據(jù)其上的異常反應(yīng)特征推斷解釋出破碎帶的分布范圍，與地質(zhì)調(diào)查資料和鉆孔資料吻合較好，對以后的隧道設(shè)計工作具有指導(dǎo)意義。

1 杜良法，何國強(qiáng)，黃壯遠(yuǎn). 地球物理方法在環(huán)境污染監(jiān)測及治理方面的應(yīng)用[J]. 山東國土資源，2008，24(6)：53～55

2 李金銘. 地電場與電法勘探[M]. 北京：地質(zhì)出版社，2005

3 劉曉東，張虎生，朱偉忠. 高密度電法在工程物探中的應(yīng)用[J]. 工程勘察，2001，29(4)：25～56

4 王梅生，胡永貴，王秋成，等. 高密度地震數(shù)據(jù)采集中參數(shù)選取方法探討[J]. 勘探地球物理進(jìn)展，2009，32(6)：404～408

5 程志平. 電法勘探教程[M]. 北京：冶金工業(yè)出版社，2000

6 周孝宇. 綜合物探方法在隧道勘察中的應(yīng)用[J]. 西部探礦工程，2006，18(12)：167～168

7 韋紅，朱仕軍，譚勇. 地震相干體技術(shù)在識別小斷層和裂縫中的應(yīng)用——以川西地區(qū)沙溪廟組為例[J].山東國土資源，2009，25(5)：356～361

8 傅良魁. 應(yīng)用地球物理教程——電法勘探[M]. 北京：地質(zhì)出版社，1991

9 李金都，王學(xué)潮. CSAMT新技術(shù)探測南水北調(diào)西線工程區(qū)斷層研究[J]. 人民黃河，2004，26(1)：42～43

10 徐伯勛，白旭濱，于常青. 地震勘探信息技術(shù)提取、分析與預(yù)測[M]. 北京：地質(zhì)出版社，2001

11 周正中. 綜合物探方法在地裂縫探測中的應(yīng)用[J]. 工程地球物理學(xué)報，2008，5(6)：15～18

APPLICATION OF COMPLICATED PHYSICAL EXPLORATION METHOD IN 309 NATIONAL HIGHWAY MASHIDIAN TUNNEL INVESTIGATION

Shi Yanfang

Shandong Geo –Engineering Exploration Institute，Jinan ,Shandong，250014，China

Mashidian tunnel is explored by using high-density resistivity method and shallow seismic method，high-density electrical is main，assisted by shallow seismic refraction method. through a comprehensive comparison，the boundary between Regolith and bedrock， as well as the buried structure，can be identified to provide a basis for the survey and design.

engineering geology investigation，high-density resistivity method，shallow seismic method

P631.322+P631.426

A

1006–5296（2011）02–0121–04

時彥芳（1983～），男，測繪及物探專業(yè)，助理工程師

2010-08-06