综合物探方法在城市工程建设中的应用

熊 竹 徐志敏 辛会翠

(1.湖南省水利水电勘测设计研究总院，湖南 长沙 410000； 2.西北综合勘察设计研究院，陕西 西安 710003； 3.陕西能源职业技术学院，陕西 咸阳 712000)

综合物探方法在城市工程建设中的应用

熊 竹1徐志敏2辛会翠3

(1.湖南省水利水电勘测设计研究总院，湖南 长沙 410000； 2.西北综合勘察设计研究院，陕西 西安 710003； 3.陕西能源职业技术学院，陕西 咸阳 712000)

介绍了西安曲江某工地的工程概况与地球物理特征，采用高密度电阻率法、地震面波法与瞬变电磁法，探测了该工程测区内空洞的异常情况，结果表明，综合应用多种物探手段，可提高物探成果解译的准确性。

地下空洞，高密度电阻率法，地震面波法，瞬变电磁法

0 引言

工程物探是利用地球物理探测技术对城市地质情况进行探测的工程技术手段，为建筑地基的选定、地下设施的布局等提供依据，随着我国城镇化的不断推进，工程物探技术的应用得到了空前的发展，采用工程物探技术解决与城市工程建设密切相关的问题，已经成为应用地球物理的重要组成部分，城市工程物探具有很多特点，在实际应用中的技术优势主要体现在快速、简便以及基本做到无损探测等，尤其是在城市环境条件下，面对场地狭小以及干扰因素多等不利条件，通过开展城市物探可以减少大量钻探工程，同时应该注重应用综合物探方法，提高探测效果，结合钻探手段，减少物探的多解性[3]。

1 测区概况及地球物理特征

1.1 测区概况

西安曲江某工地，拟建场地东西方向宽约47 m～51 m，南北方向长约324 m～332 m，拟建场地南临临潼—长安断裂的北断裂约100 m，该断裂非全新活动断裂，通过详勘资料，场地南侧地下15.2 m和32.8 m深度发现有空穴和不明人工填土，场地北侧地下15.2 m～23.6 m分布一较深空洞，空洞的顶部和底部均有杂填土分布，因此，本场地在20 m深度以下可能分布有古墓葬，物探工作部署鉴于场地施工条件所限，在南侧场地部署高密度电阻率法，在北侧场地部署瞬变电磁法，地震面波法贯穿南北场地部署。

1.2 地球物理特征

2 物探方法原理

2.1 高密度电阻率法原理

高密度电阻率法[1,2]，是以地下介质电性差异为物理基础，通过向大地供电，观测和研究地下电场的空间分布规律，探测地下介质的电法探测技术。

2.2 地震面波法原理

地震面波法[4]依据其自身具有的频散特性，传播的相速度随频率的改变而改变，因此可以反映地下介质的特性。

2.3 瞬变电磁法原理

瞬变电磁法又称时间域电磁法，属于电磁感应类地球物理探测技术，原理是导电介质在阶跃变化的电磁场激发下会产生涡流场效应，观测和研究这种涡流产生的电磁场(称为“二次场”)的强弱、空间分布特性和时间特性达到探测地下介质的空间分布特征的目的[5-8]。

3 物探成果综合解译

场地内主要的电性层为人工填土、上中更新统风积黄土和残积古土壤，通过对视电阻率等值线图的分析，并与场地内的钻探资料对比，总体上干燥的人工填土视电阻率一般在100 Ω·m～300 Ω·m，黄土视电阻率一般在20 Ω·m～50 Ω·m，古土壤视电阻率一般在30 Ω·m～100 Ω·m，空洞异常为高阻闭合圈，如图1所示为高密度电阻率法反演成果，南侧场地分布有6个相对高阻闭合圈，均为南北轴向大于东西方向，即疑似地下空洞为南北方向展布，与场地也有地质资料吻合，西北角高阻区域为人工填土影响所致。其中编号为D1和D3高阻闭合异常与详勘钻探空洞位置吻合(空洞充填杂填土和粘性土)。如图2所示为瞬变电磁反演成果，北侧场地分布有1个相对高阻闭合圈，东西轴向大于南北方向，后经钻探验证，此处存在一个已被粘性土充填的空洞，且为东西方向展布。

地震面波在地下传播时，地下介质密度越大，波速越大，同时，密度越小，波速越小，地下空洞或墓穴视为低密度体，其在波速分层断面上的特征为出现低波速拐点，地下空洞越大，拐点越明显，其在波速平面等值线图上的反映为低波速区域异常。

如图3地震面波反演成果剖面图所示，地表0 m～5 m深度波速为120 m/s～200 m/s，波速较低；5 m～10 m深度黄土密实度增大，波速同时程一次曲线增长，波速介于200 m/s～300 m/s；场地10 m～20 m深度波速整体较稳定，介于300 m/s～400 m/s；地下空洞可视为低密度体，故推测地震面波波速等值线下凹位置为疑似空洞位置，对比分析高密度电阻率法反演成果和瞬变电磁法反演成果异常位置，异常位置吻合，编号D1～D6。多种物探方法综合解译大大提高了物探解译成果的准确性。

4 结语

1)在城市工程建设中利用高密度电阻率法、地震面波法和瞬变电磁法探测地下空洞均有较好的效果。相比较而言，高密度电阻率法和瞬变电磁法异常直观，工作效率较高，受制约的条件相对较少：地震面波法工作效率较低，受现场制约的条件较多，如现场场地平整情况，地表土的密实度，以及车辆及现场施工机械振动等干扰。

2)城市工程物探地下空洞探测，应首先采用工作效率高的高密度电阻率法扫面，发现异常后，在异常位置结合瞬变电磁法、地震面波法探测技术验证异常的可靠性，提高探测效果，结合钻探手段，减少物探的多解性。

3)高密度电阻率法和瞬变电磁法只能从“高阻异常”来识别地下空洞异常，地表人工填土、地下不同密实度的黄土以及古土壤均会造成反演成果中出现高阻异常，此时结合地震面波法，综合解译，达到减少多解性的目的。

4)综合物探方法的应用可以减少物探的多解性问题，但是不能消除，因此还要采取钻探验证等手段，以达到科学合理准确的做出工程勘察资料。

[1] 李金铭.地电场与电法勘探[M].北京:地质出版社，2005.

[2] 中南矿冶学院物探教研室.金属矿电法勘探[M].北京：冶金工业出版社，1980.

[3] 李学军.我国城市物探的应用与发展[J].地球物理学进展，2011,26(6)：2221-2231.

[4] 肖柏勋，凡有华，刘家奇.瑞雷波勘探方法研究现状分析[J].工程物探，2002(2)：138.

[5] 牛之琏.时间域电磁法原理[M].长沙:中南大学出版社，2007.

[6] 闫 述，石显新，陈明生.瞬变电磁法的探测深度问题[J].地球物理学报，2009，52(6):1583-1591.

[7] 薛国强，李 琳，底青云.瞬变电磁法正反演问题研究进展[J].地球物理学进展,2008，23(4):1165-1172.

[8] 石显新，闫 述，陈明生.瞬变电磁勘探中的低阻层屏蔽问题[J].煤炭学报,2005,30(2):160-163.

Application of comprehensive geophysical prospecting method in city engineering construction

Xiong Zhu1Xu Zhimin2Xin Huicui3

(1.HunanHydropowerSurvey&DesignInstituteHeadquarter,Changsha410000,China; 2.NorthwestAcademyofComprehensiveSurveyDesign,Xi’an710003,China; 3.ShannxiVocationalCollegeofEnergyResource,Xianyang712000,China)

Introduces Qujiang construction site engineering conditions and geophysical characteristics in Xi’an city, applies high-density resistivity method, seismic surface wave method and TEM, and surveys abnormal conditions of internal cavity within the engineering measurement region. Results show that: it can improve the geophysical prospecting accuracy by comprehensively applying various geophysical prospecting methods.

underground cavity, high-density resistivity, seismic surface wave method, Transient Electromagnetic Method(TEM)

1009-6825(2017)02-0086-03

2016-11-09

熊 竹(1987- )，男，工程师

P624

A