工程地球物理勘探(engineering geophysical exploration)解决土木工程勘察中工程地质、水文地质问题的一种物理勘探方法,简称工程物探。它是以研究地下物理场(如重力场、电场等)为基础的。不同的地质体在物理性质上的差异,直接影响地下物理场的分布规律。通过观测、分析和研究这些物理场,并结合有关地质资料,可判断与工程勘察有关的地质构造问题。
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。
折射波法
当地震波遇到上下速度v1、v2)不同的界面时,有一部分波将透过界面形成透射波,其透射角β与入射角α的关系符合斯涅耳定律sinα/sinβ=v1/v2)。对于sinα=v1/v2)的入射波可产生透射角β=90°的透射波,并以v的速度沿界面滑行。这种滑行波又引起个介质中质点的振动而产生可传到地面的折射波(也称首波)。图4是折射波的传播示意图,在B点以前不形成折射波,称为盲区。因v大于v1在C点以外,折射波可比直达波先到达检波器。根据折射波时距曲线,可算出v1及v,从而推算出界面的深度、产状等。v的变化反映了界面以下岩性的变化,配合地震波振幅衰减的资料,可确定界面以下岩层软弱带或断层破碎带。但是折射波法在盲区得不到记录,因此需要加大检波距。当下层速度v2)小于上层速度v1时,不可能形成折射波。
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。