铁路工程物探主要方法技术（铁一院 韩永琦）

 铁路工程物探主要方法技术

直流电法（电测深、高密度电法）
电磁法（大地电磁测深、瞬变电磁法、地质雷达、电磁波井间CT）
弹性波法（地震折射法、地震反射法、隧道超前地质预报、地震波井间CT、面波勘探）
综合测井（全波列、超声成像、井温、电阻率等）

直流电法-电测深

1953年开展、目前仍在广泛使用、最成熟的方法。但随着勘探深度的增加，方法的劳动强度也越来越高，效率则越来越低，特别不适合大深度、地形起伏剧烈的情况。
曲线一维反演，建议使用标志层和多曲线对比来降低多解性。山区地形、复杂地质条件，用拟断面等值线图做定性解释。剖面无二维反演，主要是跑极方向不确定。

直流电法-高密度电法

方法从日本引进，1991年铁路行业开展此方法。方法结合了电测深和电剖面的优点，效率较高，可带地形二维反演，能有效压制地形影响，现已广泛应用于150米内的隧道、路基等地质勘查，应用范围广泛。
限制本方法使用因素：1.地形陡峭，测线无法连续布设，致勘探深度、勘探范围受限；2.接地电阻较高，致数据质量较差，无法在沙漠、隔壁、裸岩、北方冬季等接地电阻高的地方使用。

电磁法-大地电磁测深

1992年铁一院最早将CSAMT法用于秦岭特长隧道的勘察中。
CSAMT在场源布设条件好的地区效率高，使用一院发明专利“双发多收数据采集系统”，可以全天、多组无干扰地进行数据采集，比单发双收提高效率2倍以上。当CSAMT场源需要不时变化时， AMT法更合适。但两种方法都无法在高压输电线下工作；接地电阻高，对两者数据质量影响严重。

数据处理软件较多，一院使用WingLink，并将EH4数据也导入处理，效果良好。

电磁法-中心回线瞬变电磁法

2006年铁一院成功应用于关角特长隧道。方法适合地表接地电阻高（如冬季），地形相对平坦，围岩电阻率较低地区的勘察。方法对低阻体的分辨能力较高，但效率较低。与CSAMT、AMT相比，方法没有静态影响，有利于分辨煤窑采空。

电磁法-地质雷达法

1983年铁三院最早使用SIR-8型地质雷达。 目前地质雷达应用最成功的是隧道衬砌质量检测，及混凝土中钢结构分布检测。铁一院使用本方法在水上对水底地形及基岩勘察实验表明，地质雷达是快速进行水上勘探最有效的方法之一。

电磁法-井间电磁波CT

1979年铁二院开始了本方法的实验研究。铁二院的 “逐源多孔对联合反演方法”在国内外具有领先水平。方法是圈定井间岩溶、暗河、采空等最有效的方法之一。与井间地震CT比，方法不破坏激发孔，有利于多次重复观测。由于电磁波的传播速度，空气远大于岩石，0~20米左右深度为盲区。

弹性波法-地震折射法

1965年铁路系统开展地震折射法。1981年赴日研修组引进“表层剥去法”，仍是现在许多单位数据解释方法。铁一院于2004年开展地震折射层析法。方法通过Moser弯曲射线追踪技术（不仅是折射波，还有透射、散射波），对地下速度成像。与“剥皮法” 相比，适应复杂地形、地质条件，分辨率、精度更高 。炸药震源是本方法受限的主要问题。锤击震源致勘探深度有限；要达到100米以上深度，一般需要炸药震源。

弹性波法-地震折射CT法

弹性波法-地震反射法

自1983年铁路系统开展地震反射法以来，方法时有应用，但并不广泛。分析原因(赵永贵2010年）：浅地表结构不均匀、对象尺度小于波长，反射信号形态复杂，相位追踪解释不确定性多；深埋隧道地形、地层产状复杂，速度分析困难；震源问题；多次覆盖效率较低。铁二院应用较多，特别是在大江、浅海域有许多成功的实例。

弹性波法-隧道超前地质预报

地震反射法隧道超前地质预报后面有专题，仅就问题分说如下：
物探法预报有流于形式的趋势。

TSP在Vp大于2500米/秒的岩石中应用较好，但在2000米/秒以下及土石类地层中应用效果欠佳。分析原因：低Q值岩土吸收强烈，Q值补偿严重不足，时序波列在振幅、相位上无法恢复，致使P、S波特征混乱，分离错误，速度分析和偏移成像缺失物理基础。

深度小于100米的浅埋隧道建议使用地面综合物探。理由：地面施测空间大，方法多，深度在大多数物探方法的有效深度范围内，分辨率高，可一次性完成，效率高。而隧道内空间狭小，预报距离有限，需分多次施测，影响施工；再者，浅埋隧道岩石大多风化严重，属低速或土石类隧道，TSP效果不好。

TSP处理最重要的三个参数：带宽滤波、Vp、Vp/Vs。

隧道超前地质预报-地质雷达和红外探水

雷达预报不适合泥岩、页岩、炭质类岩石等低阻岩石，因为电磁波吸收强烈，预报距离有限。

红外探水30米预报距离的理论依据？另外红外场是一种热辐射场，与岩体的温度梯度相关，而掌子面施工扰动将改变岩石温度梯度场，要恢复原来的温度场则需要很长的时间。
热源（地下水）、冷源（地表水）会造成相反的地温度梯度带；但还有一种情况是地下水流动（如裂隙带为热对流提供了通道），温度梯度带会较小，水却较大，这或许是红外探水在含水段不做预报的依据吧。

弹性波法-地震波井间CT

早在1993年铁一院在秦岭特长隧道的勘查中就使用了地震波井～地CT技术。
如左图所示，该方法需要在地面和井中同时布置激发点和接收点，从而利用井～井、井～地、地～井、地～地的四套数据进行综合反演。这样可以增加射线密度及射线正交性。

反演采用基于Moser弯曲射线追踪技术；射线追踪稳定，反演成像精度高；适合各种速度变化，特别是采空、岩溶，分辨率高。
采用炸药震源，破坏钻孔，无法重复测量。但其他震源，能量有限，限制应用。

弹性波法-瑞利面波法

1987年铁四院最先引进日本VIC株式会社的GR-810开展稳态面波法应用研究。目前国内主要使用一维多道瞬态面波法 (MASW)法；在岩溶注浆质量检测；路基施工质量无损检测；软土病害施工评价等领域应用广泛。岩溶注浆检测不应受层状模型的束缚，注重频散曲线质量评价，加强定性分析，特别是覆盖层与灰岩界面附近的溶蚀分析。

瑞利面波法-二维多道瞬态面波法(MASW)

二维MASW法：CMP的思想是由Hayashi, K和 Suzuki, H. 2004年提出的；国内无开展此方法的报道。
二维MASW法：CMP的思想是由Hayashi, K和 Suzuki, H. 2004年提出的；国内无开展此方法的报道。铁一院开展此方法在某地铁进行实验，实验结果：35米附近为地铁开挖掌子面位置，埋深11米。

综合测井

1957年铁一院开展电测井是最早记录。1982年铁路系统引进OYO-3000后才开始综合测井。1993年铁一院在秦岭特长隧道中使用重庆厂的JBS-2轻便数字测井站是首次综合测井计算机化。2003年铁一院引进RG公司的综合测井仪，包含了全波列、超声成像探头。2011年铁三院引进了Mount系列综合测井仪。
2003年铁一院首先购买ALT公司的WellCAD，使铁一院进入专业测井数据处理、成图领域。
综合测井可以一孔多用，特别是钻孔岩石破碎、岩芯采取率低时，更显示出优越性。它可以划分岩性，破碎带、含水段，提供必要的设计参数。
在这特别提一下井温的利用和解释：除了温度参数外，更重要的是井温陡度，利用它，结合其他物性参数，可以推测含水段；这在无法洗井，进行水文测井的情况下，显得尤为重要。

综合测井-全波列声波

 全波列声波测井可以提供Vp、Vs、泊松比、动杨模量，直接为设计提供参数；同时，是划分破碎带、含水带的主要依据；与其他参数结合，划分岩性。这是其他探头无法比拟的。

综合测井-超声成像

钻孔成像有光学、超声两种成像。超声成像清水、泥浆孔都适合，更适合铁路深孔。
       通过对成像资料的处理，可以提取出：节理、裂隙的产状，声幅数据（直接指示破碎带的位置），各种统计数据（如节理裂隙发育方向的玫瑰图、频率图、赤平极射投影图等），通过这些资料的分析，推断出断层破碎带的产状，褶皱段的分布等必要的地质参数；是地质分析重要可靠的参数。

以上是铁路物探主要的物探方法。

60年的发展，充分说明铁路市场需求是铁路物探发展的根本动力，特别是近20年来电子技术、计算技术的发展，极大地促进了物探仪器设备、数据处理等飞速进步，在分辨率、可靠性上为物探应用奠定了基础，今后也必将得到更为广泛地、深刻地变革。

弹性波法-地震折射法