工程物探具有“透视性”、效率高、成本低以及可以在现场进行原位岩土物理力学性质测试等优点,在工程勘察中日益得到重视和发展。但是各种物探方法都具有条件性和局限性,多数方法还存在多解性,因此正确选择和运用各种物探方法,进行综合物探,并与现有的地质、钻探资料作对比,才能获得好的地质效果。
反射波法
反射波形成的条件是界面两侧的波阻抗(地层速度与密度的乘积)有差异,差异越大反射波越强。图5是反射波传播示意图。由S点激发的地震波遇到 RR′界面时将产生反射波。根据反射波从激发点到检波器的传播时间,以及地层的速度,便可计算从激发点S到反射界面RR′的垂直距离以及界面的倾向和倾角。由于采用信号叠加技术以及轻便的可控振动器做振源,已经可以获得深度约50米,甚至更浅的浅层反射记录。
以上所涉及的激发方式主要产生纵波(压缩波)。在测定岩石动弹性模量时,常用垂直于测线方向水平激发的方式产生横波(剪切波)。水是不传递横波的,故在水文地质、工程地质勘察中发展横波技术是有前景的。
地球物理测井
地球物理方法在钻井中的应用。工程物探中常用的有视电阻率测井、自然电位测井、天然放射性测井、声波测井等。综合分析几条测井曲线可划分钻孔地层岩性剖面。用中子-伽玛测井或声波测井方法可以测定地层的孔隙度。自然电位测井方法还可以在泥浆钻孔中分层测定地下水的矿化度。利用井液电阻率测井或井中流速仪可以研究钻井中地下水的运动。井中摄影和井中光学电视可以获得钻井剖面的实际图像,而超声电视测井则可以在泥浆中获得清晰的孔壁图像,可区分岩性、查明裂隙、溶穴、套管的裂缝等,甚至可以确定岩层的产状。不同测井方法的井下探测器各有其特点。但是所测量的参数均将转换成电讯号,通过电缆传输到地面测井仪中并记录在像纸、纸带或磁带上。
电法勘探 方法种类繁多,水利工程勘察中常用的有下列各种。
①电阻率法是利用地质体导电性的差异,建立人工电场并进行观测,求得某个测点下面不同深度或剖面上不同测点的视电阻率后,再进行推断和地质解释。前者称为电测深法,后者称为电剖面法。电测深法用以探测比较平缓的岩层和成层地质体的垂向分布,如测定覆盖层、风化层厚度等。电剖面法则可探查水平向地质情况的变化,如寻找断层破碎带、进行地质填图等。
②充电法是对良导电体充电,在地面观测电场的形态,用来测定地下水的流向流速及追索岩溶暗河等。
③自然电场法是测量地层过滤吸附作用造成的渗透电场,用来进行地下水流向测定等水文地质调查工作,还可用于探查水库的渗漏地段和岩溶。
④激发极化法是利用离子导体的激发极化效应,测定岩体的视极化率等参数,可进行岩溶调查、寻找断层破碎带、测定含水层位置等有关地下水资源和水库渗漏方面的探查工作。
⑤甚低频法、无线电波透视法和地质雷达法是利用地质体对电磁波的传播、吸收、反射特性,分别用以查找浅部的、两个钻孔(或探洞)之间和地下洞室周围存在的岩溶、断层破碎带等。