Conocimientos básicos: clasificación y características de los métodos de exploración geofísica.
(1) Comprender los conceptos básicos y la esencia de la exploración geofísica;
(2) Aprender los métodos de clasificación de la exploración geofísica y la exploración geofísica utilizados principalmente en métodos de geología ambiental y de ingeniería. ;
(3) Comprender la aplicación de la exploración geofísica en geología ambiental y de ingeniería.
Un método de exploración que resuelve problemas geológicos mediante la observación y el estudio de cambios en diversos campos geofísicos se llama exploración geofísica, o simplemente exploración geofísica. El llamado campo geofísico se refiere al espacio físico que existe dentro y alrededor de la Tierra y tiene efectos físicos. Por ejemplo, el espacio material con gravedad dentro y alrededor de la Tierra se llama campo de gravedad; el espacio material natural o artificial con fuerza eléctrica (magnética) se llama campo eléctrico (magnético); El campo de ondas elásticas. Debido a las diferencias en la corteza terrestre, a menudo existen diferencias en densidad, elasticidad, electricidad, magnetismo, radiactividad, conductividad térmica, etc. Estas diferencias provocarán cambios locales en los campos geofísicos correspondientes en el espacio (o tiempo). Anomalías geofísicas. La exploración geofísica consiste en observar estas anomalías geofísicas a través de instrumentos especializados, obtener su distribución y morfología y otros datos geofísicos, y luego realizar análisis e investigaciones basados en datos geológicos conocidos para inferir estructuras geológicas subterráneas o determinar las propiedades de los medios rocosos y del suelo, para así lograr el propósito de resolver problemas geológicos.
La exploración geofísica ambiental y de ingeniería es un conjunto de métodos de exploración geofísica para ingeniería geológica, hidrogeología y geología ambiental.
Los métodos de prospección geofísica se utilizaron anteriormente en la exploración hidrogeológica y su tarea principal es encontrar agua subterránea. Con el fortalecimiento de la conciencia ambiental de la gente y el rápido desarrollo del trabajo de protección ambiental, la investigación y aplicación de la geofísica ambiental se encuentran en una etapa de vigoroso desarrollo. Los métodos geofísicos desempeñan un papel importante en la protección, el seguimiento y la gobernanza medioambientales, y sus aplicaciones se generalizarán cada vez más. Encontrar agua subterránea que pueda utilizarse para la producción industrial y agrícola y para la vida también es una tarea importante en la exploración geofísica ambiental.
La prospección geofísica en ingeniería es el método de exploración geofísica utilizado en ingeniería. Dado que la modernización requiere la exploración de las condiciones geológicas, la exploración geofísica tiene la ventaja de ser más rápida y económica que otros métodos de exploración directa, como la perforación, y algunas exploraciones requieren pruebas no destructivas, lo que hace que los métodos de exploración geofísica se utilicen ampliamente en la construcción de ingeniería y formen gradualmente un Un conjunto de métodos de exploración geofísica.
La exploración geofísica ambiental y la exploración geofísica de ingeniería tienen muchas similitudes y superposiciones en la aplicación de métodos, por lo que este libro analiza la exploración geofísica ambiental y de ingeniería juntas.
La prospección geofísica ambiental y de ingeniería es un método de detección basado en diferencias de propiedades (densidad, electricidad, magnetismo, elasticidad, radiactividad, conductividad térmica, etc.). ) de medios físicos como materiales geotécnicos y de construcción, y resuelve problemas ambientales y de ingeniería mediante la observación y el estudio de los patrones de distribución espaciotemporal de diversos campos geofísicos naturales y artificiales.
Existen muchos tipos de métodos geofísicos ambientales y de ingeniería. El método de onda elástica y el método eléctrico se utilizan principalmente en la exploración, y también se utilizan métodos como la prospección geofísica nuclear.
El método eléctrico es el método más colorido. Además de los métodos tradicionales de sondeo eléctrico y perfilado eléctrico, los métodos eléctricos de alta densidad han logrado grandes avances en teoría y aplicación en los últimos años. Utiliza múltiples electrodos con pequeños espacios en el perfil para una recolección rápida. A través de la clasificación de datos, se pueden transformar en varias formas de equipos y asignarse a diferentes profundidades o planos en el perfil, mejorando la resolución. Algunos equipos nuevos han aumentado sus capacidades de exploración, como la batimetría de eje vertical de cinco niveles para explorar la profundidad de la parte superior e inferior de las cuevas, y la batimetría eléctrica diferencial que puede detectar capas delgadas de decenas de centímetros de espesor a profundidades de decenas de metros. . El método del campo eléctrico osmótico es eficaz para detectar fugas en presas de embalses y la dirección del flujo de agua subterránea, pero rara vez se ha utilizado en los últimos años y es necesario mencionarlo nuevamente. El método de polarización inducida es un método especial para detectar aguas subterráneas. Actualmente, el método de dominio del tiempo se usa comúnmente y el método de movimiento cuadrático se desarrolla aprovechando las diferentes características de las capacidades de polarización de diferentes acuíferos bajo diferentes corrientes de excitación.
Además del método de muy baja frecuencia, el método electromagnético de audiofrecuencia, el método de sondeo de frecuencia y el método electromagnético de tierra multifrecuencia, también comenzó a aparecer el método electromagnético transitorio. El uso de la perspectiva de ondas de radio de pozo como perfil del coeficiente de absorción aparente del macizo rocoso entre pozos para la detección de karst es un método ampliamente utilizado y eficaz. En los últimos años, el radar de penetración terrestre ha atraído cada vez más atención y tiene buenas perspectivas de aplicación en la detección de karst poco profundos. Además, muchos instrumentos y métodos para la exploración de redes de tuberías subterráneas también se basan en métodos electromagnéticos. Los métodos de polarización inducida en el dominio de la frecuencia también tienen buenos ejemplos en la exploración de aguas subterráneas, como los métodos de polarización inducida por frecuencia dual o multifrecuencia, que muestran buenas perspectivas.
Entre los métodos de ondas elásticas, el método de ondas refractadas y el método de ondas reflejadas siguen siendo los métodos principales, y se ha prestado atención a los métodos de alta resolución, como el método de reflexión de ondas de corte superficial. Para mejorar la resolución y presentar los resultados en el sitio de manera oportuna, en los últimos años ha aparecido el método de perfil continuo de reflexión de alto ancho de banda con desplazamiento mínimo terrestre (sónar terrestre) y se utilizan métodos electroacústicos, como el método de perfil estratigráfico poco profundo; la exploración de terminales portuarias, sitios de puentes, jugó un papel en la acumulación de capas y sedimentación en los fondos de mares y ríos. El método acústico ha sido ampliamente utilizado en la exploración de macizos rocosos, la determinación de parámetros geofísicos y mecánicos y la inspección de la calidad de las estructuras de hormigón. La exploración de ondas superficiales, la TC de transmisión de pozos y los métodos de cruce de pozos también son métodos efectivos y prometedores. Entre ellos, la exploración de ondas superficiales en estado estacionario y transitorias, utilizando las características de dispersión de las ondas de Rayleigh y la correlación entre la longitud de onda de las ondas superficiales y la profundidad, ha logrado buenos resultados en la exploración poco profunda y en la exploración de cuevas, y está siendo favorecida por la gente en pila; En términos de detección de cimientos, las características dinámicas y cinemáticas de las ondas reflejadas se utilizan para formar varios métodos especiales. Cabe señalar que en la ingeniería de prospección geofísica, es cada vez más necesario utilizar las características dinámicas de las ondas para determinar el contenido de agua y lodo; de las formaciones rocosas medidas. Tenemos experiencia exitosa en la calidad de la lechada de muros de contención de mampostería y pruebas de pilotes de la calidad del concreto. El uso de microsismos naturales para medir el espectro de vibración y el período dominante de los cimientos del sitio también es uno de los contenidos de la exploración de ingeniería de construcción.
La prospección geofísica nuclear también es un método rico, y los métodos de medición radiactiva se utilizan a menudo en trabajos geológicos ambientales y de ingeniería. En la exploración geológica, la medición gamma, el método alfa kappa, el método de copa alfa y el método de medición del radón se utilizan comúnmente para el mapeo geológico y la búsqueda de estructuras de fallas. Se utiliza para absorber o dispersar cuantos gamma y neutrones térmicos, lo que refleja la calidad, el contenido de agua y el contenido de hidrógeno de la sustancia. Por lo tanto, es uno de los buenos métodos para la inspección de calidad de ingeniería y se usa ampliamente en pruebas no destructivas de concreto. Inspección de calidad y calidad del llenado y compactación por rodadura, Inspección de calidad de pavimentos asfálticos, etc.
Otros métodos, como los estudios magnéticos de alta precisión y los estudios gravitacionales de alta precisión, se han utilizado con éxito en la cartografía geológica, la búsqueda de estructuras y cuevas, los entierros artificiales y la arqueología. La medición geotérmica se utiliza ampliamente en la exploración de agua caliente subterránea; la teledetección es un medio eficaz para seleccionar sitios de proyectos, encontrar edificios y monitorear dinámicamente geología adversa, como deslizamientos de tierra y flujos de escombros. El uso de fotografías y cámaras de infrarrojo lejano para encontrar rocas sueltas, grietas en estructuras y puntos de acumulación de agua ha atraído la atención de la comunidad de ingenieros en los últimos años. El registro de pozos y la combinación de sondeo de cono estático y tecnología de registro geofísico deberían ser un contenido de aplicación importante en la prospección geofísica ambiental y de ingeniería. Sin embargo, la aplicación y el desarrollo nacionales en esta área no son suficientes y se les debe prestar atención.
Los trabajos de prospección geofísica ambiental y de ingeniería suelen tener las siguientes características:
La mayoría de los objetos son objetos poco profundos y pequeños. La profundidad de exploración varía desde decenas de centímetros hasta decenas de metros, lo que requiere una alta resolución de exploración y una alta precisión de interpretación cuantitativa.
2) Es necesario descubrir no sólo el patrón de distribución de los objetos de exploración, sino también la ubicación espacial de los objetos individuales (como las cuevas).
3) Estrechamente integrado con el trabajo de geología de ingeniería ambiental. Los datos de exploración se utilizan a menudo en el diseño o la construcción y están estrechamente vinculados en el tiempo, lo que a menudo permite verificar y retroalimentar las conclusiones de la exploración de manera oportuna, y los requisitos para las conclusiones del trabajo son relativamente altos.
4) Los objetos de exploración son complejos. Las reglas de los objetivos pequeños poco profundos son complejas, las condiciones geológicas cercanas a la superficie son desiguales, la anisotropía es severa a lo largo de las direcciones horizontal y vertical, y los parámetros físicos incluso cambian gradual y continuamente, lo que trae muchas dificultades a la interpretación cualitativa y cuantitativa de los datos.
5) La mayoría de los problemas ambientales a resolver se concentran en los centros industriales y las grandes ciudades, por lo que muchas veces se ven perturbados por ruidos artificiales. Como interferencias magnéticas, interferencias electromagnéticas, vibraciones del tráfico industrial, etc. causadas por tuberías (líneas) subterráneas, cables, líneas de alto voltaje, ferrocarriles, etc. Por lo tanto, es necesario tomar las medidas efectivas correspondientes para suprimir diversas interferencias. Además, el espacio de trabajo de campo (alcance) en los estudios ambientales suele ser pequeño, lo que requiere que los métodos geofísicos sean flexibles y resistentes a las interferencias.
En la actualidad, la prospección geofísica ambiental y de ingeniería se utiliza principalmente en los siguientes aspectos:
1) Estudio geológico regional. Su objetivo es proporcionar información de primera mano para la planificación regional (urbana). Su contenido incluye la identificación de las principales estructuras de falla en el área, la distribución de las principales capas de roca y suelo, las condiciones de meteorización del lecho rocoso, la distribución de las capas portantes de los cimientos de los edificios, la profundidad de enterramiento, el espesor y la zonificación sísmica, etc.
2) Ingeniería de investigación del entorno geológico. Proporcionar datos geológicos de ingeniería básicos (incluyendo estructura, distribución de rocas, parámetros geomecánicos, etc.) para la selección del sitio y el diseño de ingeniería de desastres geológicos que puedan ocurrir alrededor del proyecto (incluidos deslizamientos de tierra, colapso kárstico, flujos de escombros, irrupción y colapso de agua subterránea; etc.) están todos predichos.
3) Previsión anticipada durante la construcción de ingeniería o excavación de túneles.
Como el metro y otras construcciones de ingeniería subterránea, la exploración de capas de arena y capas débiles de suelo en la excavación profunda de pozos de cimentación, la exploración de capas intermedias débiles en la excavación de cimientos de presas, la exploración de grietas estructurales y grietas de descarga en pendientes altas y una geología deficiente frente al Cara del túnel. Pronóstico, etc.
4) Detección de la calidad de construcción del proyecto y estado del mismo. Tales como inspección de cimientos de pilotes, inspección de calidad del revestimiento de túneles, inspección de calidad del hormigón, inspección de saturación de anclajes, exploración de tuberías subterráneas, evaluación del estado del revestimiento de túneles, detección de fugas en presas y embalses, etc.
5) Geología ambiental. Incluyendo la investigación y predicción de la contaminación de las aguas subterráneas urbanas, hundimientos de tierras, intrusión de agua de mar, contaminación radiactiva y otras cuestiones.
6) Encuesta de recursos hídricos. Estudios de fuentes de calor geotérmicas y del sitio.
7) Estudios de protección de reliquias arqueológicas y culturales.
Parámetros de propiedades físicas (es decir, propiedades eléctricas, elasticidad, magnetismo, densidad, radiactividad, etc.) Los métodos geofísicos se utilizan para resolver problemas geológicos ambientales y de ingeniería, y su alcance y condiciones aplicables se pueden resumir aproximadamente en la tabla 0-1.
Tabla 0-1 Parámetros físicos comunes, alcance aplicable y condiciones aplicables de los métodos de prospección geofísica ambiental y de ingeniería
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