CN111273375B - 一种应用于缺水地区浅埋地下工程的地质勘察方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种应用于缺水地区浅埋地下工程的地质勘察方法，其中，该地质勘察方法包括：通过遥感地质解译和工程地质调查初步获取工程场址的地质信息，之后开展综合物探和在关键部位布置少量的钻孔及测井工作，结合室内岩土力学试验，获得工程场址的工程地质条件综合评价，包括常规的地层岩性、地质构造和围岩分级、地基承载力、岩土体的动态物理力学参数，这些参数用于国防工程在强动态荷载条件下工程稳定性计算。勘察成果不仅满足浅埋地下工程设计施工的常规要求，还满足国防工程的特殊用途。该地质勘察方法避免了采用以钻探为主的常规勘察费时费钱的缺点，勘察成本较低、效率较高，更适用于干旱缺水地区浅埋地下工程的地质勘察。

Description

一种应用于缺水地区浅埋地下工程的地质勘察方法

技术领域

本发明涉及地质勘察技术领域，具体而言，涉及一种应用于缺水地区浅埋地下工程的地质勘察方法。

背景技术

随着国民经济的快速发展和国防工程建设的加快推进，地下空间资源越来越多的被加以开发利用，使得在中西部一些干旱缺水地区遇到越来越多的浅埋地下工程，如戈壁沙漠地区的防空洞、圆形深基坑、半地下的飞机机库等等。如何快速、经济地查明场地的工程地质条件，就要求因地制宜地利用多种技术相互配合验证的综合地质勘察。

传统的浅埋地下工程地质勘察多采用以钻探为主的常规勘察，在工程场址布置一定数目的钻孔，揭示地层岩性、地质构造，并结合孔内测井和室内岩土试验，完成工程场址的工程地质条件评价。钻探过程需要大量的施工用水保证钻进顺利进行，中西部很多地区干旱缺水的客观条件大大提高钻探的时间和经济成本。以某 地区的深基坑国防工程为例，其工程场址范围长宽160m，深度45m，若采用上述以钻探为主的方式进行地质勘察，则需要布置9个超过50m的钻孔及孔内测井。由于运水要经过沙漠，时间和经济成本高，运水车时常面临着在沙漠搁浅的风险，现场工作耗时至少3个月(2台钻机同时工作)。因此，针对缺水地区，亟需一种效率高、成本低的浅埋地下工程地质勘察方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种应用于缺水地区浅埋地下工程的地质勘察方法，避免了以钻探为主的常规勘察费时费钱费力的缺点，勘察成本较低、效率较高，更适用于干旱缺水地区的地质勘察。

第一方面，本发明提供了一种应用于缺水地区的地质勘察方法，所述方法包括：

在利用遥感地质解译对待勘察区域进行现场工程地质调查的基础上，应用综合物探和关键部位少量钻孔及测井，获得工程场址的常规工程地质条件评价信息和国防工程特殊要求的地质评价信息。

在一种实施方式中，在综合物探和钻探之前，开展利用遥感地质解译的现场工程地质调查，包括：

根据收集到的遥感影像和地质资料，对工程场址及周边范围进行遥感地质解译；利用遥感影像的视域特点，从宏观上初步查明工程场址及周边主要的工程地质条件；

开展现场工程地质调查，验证解译成果，并完成大比例尺地面地质填图以对初步查明的工程地址条件进行验证。

在一种实施方式中，应用综合物探，包括：

根据所述待勘察区域的地质构造信息以及工程埋深，选择对应的综合物探方式；

基于选择的综合物探方式，在所述待勘察区域内进行综合物探。

在一种实施方式中，所述根据所述待勘察区域的地质构造信息以及工程埋深，选择对应的综合物探方式，包括：

在所述工程埋深属于第一预设深度范围时，采用地震波折射层析成像法和微动面波法相结合的第一综合物探方式；

在所述工程埋深属于第二预设深度范围时，采用高密度电阻率法和微动面波法相结合的第二综合物探方式。

在一种实施方式中，所述基于选择的综合物探方式，在所述待勘察区域内进行综合物探，包括：

在所述待勘察区域内布置至少两条平行的第一种测线；其中，所述第一种测线对应于地震折射层析成像法测线；

在所述第一种测线上布置至少三个第一种测点；其中，所述第一种测点对应于第一种布置的微动面波法；

利用第一种测线测得的多条地震波记录反演出所述待勘察区域内的地下纵波速度剖面，所述地下纵波速度剖面用于地下的地层岩性地质信息、局部构造地质信息的解译；

利用第一种测点测得的多条微动面波记录，反演得到台阵中心点下方岩土体的横波速度，并推断该点下方的地层岩性地质信息、局部构造地质信息。

在一种实施方式中，所述钻孔及测井设置在所述第一种测线上；所述方法还包括：

结合第一种测线上关键部位少量钻孔的钻探成果和孔内测井结果，校准物探剖面的地质解译，获得所述工程场址的地层岩性、地质构造分布；

将钻探取样的室内物理力学试验结果推广到物探剖面上，获得所述工程场址地下的围岩分级、各土层地基承载力，并根据所述工程场址地下的围岩分级、各土层地基承载力计算各层岩土体的动态物理力学参数。

在一种实施方式中，所述基于选择的综合物探方式，在所述待勘察区域内进行综合物探，包括：

在所述待勘察区域内布置至少两条第二种测线；其中，所述第二种测线对应于所述高密度电阻率法；

在所述第二种测线上布置至少三个第二种测点；其中，所述第二种测点对应于第二种布置的微动面波法；

利用第二种测线测得的视电阻率分布反演出所述待勘察区域内地下岩土体的电阻率剖面，并推断地下的地层岩性地质信息、局部构造地质信息；

利用第二种测点测得的多条微动面波记录，反演得到台阵中心点下方岩土体的横波速度，并推断该点下方的地层岩性地质信息、局部构造地质信息。

在一种实施方式中，所述钻孔设置在所述第二种测线上；所述方法还包括：

结合第二种测线上关键部位少量钻孔的钻探成果和孔内测井结果，校准物探剖面的地质解译，获得所述工程场址的地层岩性、地质构造分布；将钻探取样的室内物理力学试验结果推广到物探剖面上，获得所述工程场址地下包括围岩分级、各土层地基承载力在内的常规工程地质条件评价信息，并基于所述常规工程地质条件评价信息计算各层岩土体的动态物理力学参数，所述动态物理力学参数用于国防工程特殊要求的地质评价。

在一种实施方式中，所述方法应用于缺水地区的浅埋地下工程。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本发明实施例所提供的一种应用于缺水地区的地质勘察方法的流程图；

图2示出了本发明实施例所提供的另一种应用于缺水地区的地质勘察方法的流程图；

图3示出了本发明实施例所提供的另一种应用于缺水地区的地质勘察方法的流程图；

图4示出了本发明实施例所提供的另一种应用于缺水地区的地质勘察方法的流程图；

图5示出了本发明实施例所提供的一种应用于缺水地区的地质勘察方法的应用示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

考虑到西部干旱区域存在一些难以克服的客观问题，其一，很多区域基础地质资料缺乏，现在全国只有22％的地区有1:5万地质图，1:20万地质图也只覆盖不到80％的地区，很多影响小范围工程建设的局部构造在 1:20万地质图中并没有标示，以观测点为主的现场地质调查和钻探等勘察手段也不能很好把握这些局部构造；其二，现场远离水源地，钻孔注水施工不仅难度很大，且经济成本过高，时间也不允许。以某 地区的某国防工程为例，工程范围长宽160m，深度45m，现有技术方案钻探需布置9个超过50m的钻孔，由于运水成本高，现场工作耗时至少9周(1台钻机工作)，单个钻孔钻进和钻探用水运输的经济成本差不多，甚至更高，每天运水车还面临着在沙漠搁浅的威胁。此外，国防工程勘察和设计除了常规地下工程需要的地质地球物理参数(围岩分级、地基承载力等)，还需考虑强动态载荷条件岩土体的力学特征，因此，常规的钻探勘察范围小，获得的信息不能满足国防工程特殊需求。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种应用于缺水地区的地质勘察方法及基坑施工方法，勘察成本较低、效率较高，更适应于干旱区域的地质勘察，适用性更强。接下来通过如下实施例进行描述。

参见图1，本发明实施例提供了一种应用于缺水地区的地质勘察方法，上述方法具体包括如下步骤：

S101、利用遥感地质解译和工程地质测绘，获取待勘察区域地表的地层岩性、地质构造等信息；

S102、根据工程埋深，选择不同的综合物探方式，获得待勘察区域地下剖面的地球物理信息，结合地表地质信息，推断地下的地质信息。

S103、基于以上获得的地下地质信息，在待勘察区域的预设位置和其他地质上的关键部位依次进行取芯钻孔和孔内声波测井，得到对应的围岩分级、纵波波速；

S104、综合以上各种勘察手段的成果，将钻孔取得准确的地质地球物理参数推广到整个物探剖面上，多条物探剖面的信息再扩展到整个待勘察区域，最终获得该区域地下的地质地球物理信息，为设计提供围岩分级、地基承载力、岩土体的动态力学参数等关键地勘数据。

本发明实施例在综合物探之前，还需要获得待勘察区域的较为宏观的地表地质信息，参见图2，上述确定过程具体通过如下步骤实现：

S201、获取包括待勘察区域的遥感图像和区域地质资料；

S202、结合区域地质资料，利用遥感地质解译技术对遥感图像进行地质分析，再开展现场工程地质调查，验证修正遥感地质解译成果，综合分析后获得待勘察区域的较为宏观的地表地质信息。

具体的，考虑到高分辨率卫星影像或无人机航拍影像视域宽阔，获得信息迅速丰富的特点，本发明实施例通过网上收集或现场无人机航拍的方式获取亚米级的遥感影像，利用遥感地质解译技术完成1:1万甚至更大比例尺的地质解译图，然后开展现场工程地质调查，记录地表露头的岩性、构造等地质信息，重点是遥感地质解译中关键部位，验证修正解译成果。从而可以在地表从宏观上查明地质资料缺乏地区的主要工程地质条件，特别是小构造和隐伏构造，实现从“面”上掌握重大不良地质对工程场地的影响程度。

为了进一步对工程场地建设的重点部位和地质上的关键部位进行准确的地下地质地球物理信息探测，本发明实施例提供的应用于缺水地区的地质勘察方法不仅采用遥感地质和工程地质调查等方法进行以获得地表信息的勘察，还利用以综合物探为主和之后的少量钻探及测井为辅的地下地质勘察，也即，本发明实施例在获得待勘察区域的地表地质勘察成果之后，在建设的重点部位和地质上的关键部位开展钻探和测井之前，还在待勘察区域内进行综合物探，得到对应的电阻率、纵波和横波分布，结合地表地质勘察成果，对物探剖面中地球物理参数分布反映的地下地质信息进行推断，从而将地表地质信息初步推广到工程场地的地下区域。

为了更好的实现对缺水区域的综合物探，本发明实施例对于不同的工程埋深选择相应的综合物探方式，参见图3，本发明实施例提供的应用于缺水地区的地质勘察方法还包括：

S301、根据待勘察区域的地质构造信息以及工程埋深，选择对应的综合物探方式；

S302、基于选择的综合物探方式，在待勘察区域内进行综合物探。

具体的，本发明实施例中，可以根据待勘察区域的地质构造信息，再结合工程需求，确定待勘察区域的工程埋深，基于不同的工程埋深选择不同的综合物探方式，并基于选择的综合物探方式进行综合物探，实用性更佳。

其中，在工程埋深属于第一预设深度范围(如小于50米)的深度范围时，采用地震折射层析成像法和微动面波法相结合的第一综合物探方式进行物探；在工程埋深属于第二预设深度范围(如大于50米)的深度范围时，采用高密度电阻率法和微动面波法相结合的第二综合物探方式进行物探。

首先具体阐述通过第一综合物探方式进行物探的实现过程：

本发明实施例，在待勘察区域内布置至少两条第一种测线，并在每条第一种测线上布置至少三个第一种测点，其中，第一种测线进行地震折射层析成像法的测量，第一种测点进行微动面波法的测量。

以某 地区的某一干旱区域作为待勘察区域，考虑到上述地形地质条件，本发明实施例中的地震折射层析成像法的观测系统具体采用24道接收道数，道间距为10米，地震仪记录数据，采样间隔为 0.25毫米，采样点数1024，检波器的固有频率为10赫兹。其采用24磅铁锤锤击厚铁垫板作为震源，每个记录进行多次叠加，直至能量足够传至每个检波点，基于上述提取的第一振动信号确定待勘察区域内岩石体的岩石纵波速度以根据该岩石纵波速度进行地质分层分析。另外，本发明实施例还可以将钻孔设置在其中一条第一种测线上，以将岩石纵波速度与钻孔测量结果相对照，进行地质分层。对于其他的第一种测线而言，可以设置至少三个第一种测点进行微动面波法的地质勘察。其中，上述微动面波法的观测系统采用10道三角(或L形)台阵观测，2Hz检波器，采样率2ms，地震仪记录长度600s，且采用低频检波器进行天然震源至第一种测点的第二振动信号的测量，确定待勘察区域内岩石体的岩石横波速度以根据该岩石横波速度和岩石纵波速度进行地质分层分析。

另外，对于地震折射层析成像法本发明实施例可以采用降低道间距、增加追跑距离、加密炮点等方式进一步提高物探精度和探测范围；对于微动面波法可以通过增加观测半径的方式提高探测深度。

接下来具体阐述通过第二综合物探方式进行物探的实现过程：

本发明实施例，在待勘察区域内布置至少两条第二种测线，并在每条第二种测线上布置至少三个第二种测点，其中，第二种测线进行高密度电阻率法的测量，第二种测点进行微动面波法的测量。

以某 地区的某一干旱区域作为待勘察区域。考虑到上述地形地质条件，本发明实施例中的高密度电阻率法的观测系统采用 128个电极、3米～10米电极间距的方式，探测深度在50米～200米，考虑到岩土体的种类、成分、湿度和温度等不同的因素而具有不同的电阻率，通过地表观测某点垂直方向或某剖面的水平方向的电阻率变化，确定待勘察区域内岩石体的岩石属性信息以根据该岩石属性信息进行地质分层分析。其中，上述微动面波法的观测系统采用10道三角(或L形)台阵观测， 2Hz检波器，采样间隔2ms，地震仪记录长度600s，且采用低频检波器进行天然震源至第一种测点的第二振动信号的测量，确定待勘察区域内岩石体的岩石横波速度以根据该岩石横波速度和岩石属性信息进行地质分层分析。

本发明实施例提供的应用于缺水地区的地质勘察方法是将遥感地质、工程地质调查、综合物探、钻探和孔内测井相结合的新型基坑应用于缺水地区的地质勘察方法，勘察内容丰富，效率高，节省了资金和人力，更适用于干旱地区的基坑工程。

本发明实施例提供的应用于缺水地区的地质勘察方法在综合分析各勘察方式的成果资料后，可以编写岩土工程勘察报告，完成工程地质图。

本发明实施例提供的应用于缺水地区的地质勘察方法，首先获取待勘察区域的地表地质信息；然后基于地质信息在待勘察区域布置综合物探，得到对应的围岩分级、纵波波速；最后确定待勘察区域的地质勘察结果；其中，地质勘察结果至少由围岩分级、纵波波速确定，其采用孔内声波测井得到的围岩分级、纵波波速进行地质勘察，避免了采用以钻孔为主地勘存在的时间和经济成本高的缺陷，勘察成本较低、效率较高，更适应于干旱区域的地质勘察，适用性更强。

本发明实施例少量钻探和声波测试的方法进行孔内测井，参见图4，上述钻探和测井具体通过如下步骤实现：

S401、在地质上关键部位和建设的重点部位进行垂直钻探，钻到工程最大埋深以下一定深度，获得孔内钻探揭示出来的地层岩性和构造信息。

S402、在钻孔内完成声波测井；

S403、获得钻探取得的岩土体的物理力学参数，结合孔内测井的纵波波速成果，计算岩土体的围岩分级。

具体的，本发明实施例提供的应用于缺水地区的地质勘察方法通过在建设的重点部位(如基坑中心和坑周边)和地质上关键部位(重要的地层分界线或疑似断层)，钻垂直孔，全孔取芯，记录岩性、RQD值、地下水等信息，并对它们进行整理。挑选满足室内岩土力学试验要求的岩样和土样做试验，获得岩土的物理力学参数。在孔内完成声波测试，每隔20cm测量孔内岩土体的纵波波速。根据钻孔及测井获得场地关键点的准确的地下地质地球物理信息，对比物探剖面同样位置上的地下地质地球物理信息，校正物探剖面的信息，并建立两者之间对应关系，将钻探获得的准确地下信息推广到整个物探剖面上。

综合以上勘察成果，获得整个工程场地的工程地质评价和岩土体物理力学参数。此外，根据地震波折射层析成像法或孔内声波测井获得不同地层岩土体的纵波波速(VP)，根据被动源面波法获得不同地层岩土体的横波波速(VS)，结合对钻孔岩(土)样的室内常规物理力学试验获得不同地层岩土体的密度(ρ)，利用《工程地质手册》(第四版)中的公式，可计算岩土体的动弹性模量Ed＝ρVS2(3VP2-4VS2)/(VP2-VS2),动剪切模量 Gd＝ρVS2,和动泊松νd＝ρ(VP2-2VS2)/2(VP2-VS2)，这些参数直接用于强动态载荷条件下的国防工程防护和结构设计计算。因此本发明提供的缺水地区的地质勘察方法，科学合理地将钻探和物探成果综合利用起来，拓展丰富了工程地质勘察的内容。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的勘察设备实施例仅仅是示意性的，例如，物探测线的布置、传感器间距、测井测点间距等等，又例如，物探测线和测点的数量可以增加，满足相互判断验证的要求即可，物探组合也可以是三种手段都上，以增加地质判断的准确性。

为了便于进一步理解本发明实施例提供的应用于缺水地区浅埋地下工程的地质勘察方法，可以结合图5进一步进行说明。

如图5所示，本发明实施例提供的地质勘察方法可以在搜集到包括航卫影像、地质、地形、水文等基础资料以及工程布局之后，可以进行遥感地质解译。这时，利用现场地址调查可以确定工程埋深是否小于50米，如果是，则可以利用地震波折射层析成像法和微动面波法相结合的第一综合物探方式进行勘察，如果不是，则可以采用高密度电阻率法和微动面波法相结合的第二综合物探方式进行勘察。在勘察的过程中，通过关键部位设置的少量钻探及声波测井，既可以得到符合基础应用的工程地质评价和国防工程特殊要求的地质评价，适用性更佳。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种应用于缺水地区浅埋地下工程的地质勘察方法，其特征在于，所述方法包括：

利用遥感地质解译对待勘察区域进行现场工程地质调查；

根据收集到的遥感影像和地质资料，对工程场址及周边范围进行遥感地质解译；利用遥感影像的视域特点，从宏观上初步查明工程场址及周边主要的工程地质条件；

开展现场工程地质调查，验证解译成果，并完成大比例尺地面地质填图以对初步查明的工程地址条件进行验证；

应用综合物探和关键部位少量钻孔及测井，获得工程场址的常规工程地质条件评价信息和国防工程特殊要求的地质评价信息；其中，根据所述待勘察区域的地质构造信息以及工程埋深，选择对应的综合物探方式，其中，在所述工程埋深属于第一预设深度范围时，采用地震波折射层析成像法和微动面波法相结合的第一综合物探方式；在所述工程埋深属于第二预设深度范围时，采用高密度电阻率法和微动面波法相结合的第二综合物探方式；其中，所述第一预设深度范围为小于五十米的深度范围，所述第二预设深度范围为大于五十米的深度范围；

所述第一综合物探方式包括：在待勘察区域内布置至少两条第一种测线，并在每条第一种测线上布置至少三个第一种测点，其中，第一种测线进行地震折射层析成像法的测量，第一种测点进行微动面波法的测量；利用第一种测线测得的多条地震波记录反演出所述待勘察区域内的地下纵波速度剖面，所述地下纵波速度剖面用于地下的地层岩性地质信息、局部构造地质信息的解译；利用第一种测点测得的多条微动面波记录，反演得到台阵中心点下方岩土体的横波速度，并推断该点下方的地层岩性地质信息、局部构造地质信息；

所述第二综合物探方式包括：待勘察区域内布置至少两条第二种测线，并在每条第二种测线上布置至少三个第二种测点，其中，第二种测线进行高密度电阻率法的测量，第二种测点进行微动面波法的测量；利用第二种测线测得的视电阻率分布反演出所述待勘察区域内地下岩土体的电阻率剖面，并推断地下的地层岩性地质信息、局部构造地质信息；利用第二种测点测得的多条微动面波记录，反演得到台阵中心点下方岩土体的横波速度，并推断该点下方的地层岩性地质信息、局部构造地质信息。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钻孔及测井设置在所述第一种测线上；所述方法还包括：

结合第一种测线上关键部位少量钻孔的钻探成果和孔内测井结果，校准物探剖面的地质解译，获得所述工程场址的地层岩性、地质构造分布；

将钻探取样的室内物理力学试验结果推广到物探剖面上，获得所述工程场址地下的围岩分级、各土层地基承载力，并根据所述工程场址地下的围岩分级、各土层地基承载力计算各层岩土体的动态物理力学参数。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述钻孔设置在所述第二种测线上；所述方法还包括：

结合第二种测线上关键部位少量钻孔的钻探成果和孔内测井结果，校准物探剖面的地质解译，获得所述工程场址的地层岩性、地质构造分布；将钻探取样的室内物理力学试验结果推广到物探剖面上，获得所述工程场址地下包括围岩分级、各土层地基承载力在内的常规工程地质条件评价信息，并基于所述常规工程地质条件评价信息计算各层岩土体的动态物理力学参数，所述动态物理力学参数用于国防工程特殊要求的地质评价。

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