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电法勘探

通过对人工或天然电场(或电磁场)的研究,获得岩石不同电学特性的资料,以判断有关水文地质及工程地质问题。最常用的是直流电法勘探,主要研究岩石的电阻率和电化学活动性,可分为电阻率法、自然电场法和激发极化法等。

电阻率法

自然界中各种岩石的导电性能不同。一般情况下,岩浆岩、变质岩和沉积岩中的致密灰岩的电阻率都很高,超过10~欧姆·米,只有当它受风化,构造破碎时,由于含泥量增多,水分增加时,其电阻率值才降到102)欧姆·米级或更小。含泥质沉积物或含高矿化度地下水的砂砾石层,其电阻率较低(10~102)欧姆·米级)。电阻率法常用于探测风化壳的厚度,覆盖层下新鲜基岩面的起伏、盆地结构形态、储水构造,追索古河道,圈定岩溶发育带,确定断层位置等。电阻率法的工作原理如图1所示,通过A、B两个电极向地下供入电流(IAB),并通过M、N两个电极测量供电所形成的电位差(ΔUMN)。代入ρ=K·ΔUMN/IAB式,便可计算出电阻率ρ。式中K为装置系数,由各电极间的相互距离确定。一般地下并非单一均匀地层,由上式计算的电阻率并不代表某一地层的真电阻率,故称为视电阻率ρs。电极排列方式(装置)不同,其探测效果亦异。例如,固定装置,沿剖面测线逐点测量视电阻率值,可获得沿剖面线的视电阻率曲线,它反映岩性沿剖面线变化的情况,称为电剖面法(图2)。若固定测点,不断扩大供电电极A、B的距离,使电流在地下分布空间不断扩大,相应的勘探深度则越来越深。其相应于不断增加的电极距(AB/2)的视电阻率曲线(电测深曲线),反映了电阻率随深度变化的情况,即为电测深法。用量板或计算机程序对曲线作解释,可划分出不同深度、具有不同电阻率的地层。

声波探测

利用声波(或超声波)对岩体进行探测的方法。由于频率高、波长短,因此分辨率高。主要用于测定岩体的物理力学参数、确定洞室岩石应力松弛范围、探测溶穴及检查水泥灌浆效果等。但是,由于岩石对高频波的吸收、衰减和散射比较严重,因而探测的距离不大。声波探测可分为主动和被动两种方式。

主动方式

由声源信号发生器(发射机)向压电材料制成的换能器发射一电脉冲激励晶片振动,产生声波向岩石发射。声波在岩体中传播,经接收换能器接收并转换成电信号送至接收机,放大之后在示波管屏幕上显示波形图。从波形图上可直接读出声波的初至时间,再根据已知的探测距离,计算出声波速度。

被动方式

观测岩体由于受力变形过程中所释放出来的应变能引起的声波。可用以了解岩体内部应力状态等。

井中无线电波透视法

无线电波是指频率在几十万赫至几十兆赫电磁波。当它在地下介质中传播遇到低阻的地质体时常被强烈吸收而大大衰减。在岩溶地区,用它探测溶洞效果甚好。工作时,将发射机和接收机分别置于相隔一定距离的两个钻孔内,若两孔之间都是均质的高阻灰岩时,沿井轴各点接收到的无线电波信号较强,如果在透视剖面上有低阻的充水溶洞等存在时,则在低阻体的背面形成一个无线电波信号被强烈衰减的阴影。运用“交会法”即可圈定被测异常体的位置和轮廓。

常用物探方法及特点

①电法勘探:包括电测深法、电剖面法、高密度电法、自然电场法、充电法、激发极化法、可控源音频大地电磁测深法、瞬变电磁法等;

②探地雷达:可选择剖面法、宽角法、环形法、透射法、单孔法、多剖面法等;

③地震勘探:包括浅层折射波法、浅层反射波法和瑞雷波法;

④弹性波测试:包括声波法和地震波法。声波法可选用单孔声波、穿透声波、表面声波、声波反射、脉冲回波等;地震波法可选用地震测井、穿透地震波速测试、连续地震波速测试等;

⑤层析成像:包括声波层析成像、地震波层析成像、电磁波吸收系数层析成像或电磁波速度层析成像等;