物探技术在我国多年冻土勘测中的应用分析

摘 要：在我国基础设施建设过程中，冻土勘测是较为关键的一个问题，尤其是多年冻土勘测。为克服多年冻土勘测问题，许多先进科学技术被广泛应用在各工程勘测当中，成为其中一项不可缺少的技术。文章在简单介绍了多年冻土勘测的主要地球物理特征基础上，以青藏高原为例对物探技术在我国多年冻土勘测中的实际运用进行了详细的探析。

关键词：物探技术；中国；多年冻土勘测；应用

前言

我国多年冻土主要分布在青藏高原和东北大小兴安岭高纬度地区，约占国土总面积的五分之一。在实际施工过程中，如果存在多年冻土而没有被及时发现，将会给工程的结构稳定性和顺利施工产生极大的不利影响，如冻融病害、可燃冰等问题。因此，必须借助先进技术设备对我国多年冻土进行准确细致勘测。

1 多年冻土勘测的主要地球物理特征

在我国多年冻土区域，受外界温度变化影响，冻土层地下温度会随之而发生梯度变化，进而导致土体所含水分发生冻结、迁移或其他变化情况，并进一步引起冻冰以不同形式在地质土体不同部位消散或聚集。多年冻土的这种动态变化过程对地质土体地球物理特征产生的影响尤为突出[1]。对于青藏高原地区而言，其多年冻土主要有已成岩性冻土和非成岩性冻土两类。

考虑到多年冻土是由水、冰、孔隙和颗粒骨架等多种介质在常年低温环境下而形成的一种地质，因而其物理性质除了由自身土体原有性质决定之外，一部分还由其自身所在位置温度场、应力场等决定。这就要求在实施多年冻土勘测过程中，对于勘测技术的选择必须要在借鉴非冻土层勘测物探技术经验的基础上，通过充分考虑多年冻土的各项物理特征进行科学合理的选择，以确定出最佳的物探技术。

2 物探技术在我国多年冻土勘测中的应用

青藏高原东部地区为大片连续多年冻土区域，平均海拔在4000m以上，整体区域岩性基本以板岩、二三叠系砂岩、灰岩等为主，分水岭缓坡、谷底、山坡以及平原等地为第四系松散堆积物覆盖区域，局部海拔较高地区可能覆盖有冰碛物[2]。一些学者对该地区多年冻土的电性、磁性、密度等各种物理性质进行了大量的试验研究，发现当温度下降到0℃时，冻土的介电常数急剧减小，电阻率急剧升高，且随着温度的降低而逐渐增大。

2.1 探地雷达在多年冻土上限勘测中的运用

根据上面对青藏高原东部地区多年冻土物理特征分析，文章决定采用国外某公司生产的ProEx型探地雷达和pulseEKKO042-系列探地雷达。为较准确勘测出青藏高原东部地区多年冻土的上限深度，需要在每条测线上选取一段作共偏移距测量，以获取地表活动层的波速，同时还要根据地表直达波反射线斜率相关公式计算出地表层的雷达波速度[3]。一般而言，地表直达波的速度与地表活动层的平均雷达波速度较为相近，因而在计算精度要求不高的条件下，计算出雷达波的平均速度可以视为求出了多年冻土地表的直达波速度。

对于青藏高原东部区域而言，植被覆盖较多、地表较为湿润、沼泽草甸、具有冻胀丘分布等这些地貌类型为多年冻土发育的典型区域。在这些区域布置一条剖面上布置有探坑的探地雷达剖面，对多年冻土的上限深度进行勘测，勘测结果显示该区域多年冻土的上限深度约为1.4m。同时，对探地雷达获取到的剖面数字图像进行处理，可以容易的观察到剖面上有一条明显的同相轴反射波，进而可以推断出其是由多年冻土上限反射层所致，并且探坑位置的深度与实际探坑深度1.4m完全吻合[4]。所以运用这种探地雷达可以很好的勘测出青藏高原东部地区多年冻土的上限深度。

2.2 瞬变电磁法在多年冻土下限勘测中的运用

采用美国某公司生产的GDP-32Ⅱ纳米瞬变电磁多功能电测系统结合不接地回线法对青藏高原东部地区多年冻土的下限深度进行勘测。首先，向地下发送一次脉冲电磁场，当脉冲电磁场断电后对其进行观测，同时对二次涡流场随时间变化的规律进行研究，以便准确探测出目标对象的空间分布情况。根据探地雷达某条多年冻土使用瞬变电磁法所得电阻率剖面图观测分析发现，土壤冻结导致土体电阻率急剧增大，尤其是在100Ω·m等值线深度以下，电阻率梯度明显变大且等值线分布更为密集，因此可以划定100Ω·m等值线为该区域多年冻土层的上限位置[5]。按照同样的方法可以划定出多年冻土的下限位置为150Ω·m电阻率等值线。当多年冻土的上下限位置全部准确确定出以后，结合探地雷达勘测结果，便可以确定出多年冻土的下限深度约为40m。

3 结束语

综上，采用物探技术中的探地雷达与电磁法对青藏高原东部区域多年冻土进行勘测可以得到较为准确的勘测结果，目前该技术在我国许多多年冻土勘测中都得到了良好的应用。随着物探技术的不断发展，相信多年冻土勘测结果会更加准确可靠，冻土对工程施工的影响也会越开越小。

参考文献

[1]刘广岳，王武，赵林.基于瞬变电磁法（TEM）的西昆仑地区多年冻土厚度探测与研究[J].冰川冻土，2015，1：38-48.

[2]张光保.电测深法和地震折射层析法在多年冻土勘察中的应用[J].铁道建筑技术，2015，10：104-106.

[3]陈琳，喻文兵，易鑫.探地雷达在黑龙江漠河县城区冻土勘测中的应用[J].冰川冻土，2015，3：723-730.

[4]范昭平，张丽华，路勋.探地雷达在多年冻土区公路工程勘察中的应用[J].工程勘察，2010，3：91-94.

[5]武小鵬，魏永梁，张军平.探地雷达在多年冻土工程地质勘察中的应用效果研究[J].地震工程学报，2013，2：240-245.

作者简介：王浩（1989-），男，天津人，汉族，现职称：助理工程师，学历：研究生，研究方向：物探。