第一章聲波探測聲波探測：用聲波儀測試聲源激發(fā)的彈性波在巖體(巖石)中的傳播情況，借以研究巖體(巖石)的物理性質(zhì)和構(gòu)造特征的方法與地震勘探對比：相同點(diǎn)：以彈性理論作為本方法的理論基礎(chǔ)。不同點(diǎn)：（1）利用的是頻率大大高于地震波的聲波或超聲波，其頻率一般為一千赫茲至幾兆赫茲。（2）由于聲波的頻率高、波長短、受巖石的吸收和散射比較嚴(yán)重，因此聲波探測對巖體的了解較為細(xì)致而探測范圍較小目前在工程地質(zhì)勘探中解決下列地質(zhì)問題：1．根據(jù)波速等聲學(xué)參數(shù)的變化進(jìn)行工程巖體的地質(zhì)分類；2．圈定開挖造成的圍巖松馳帶，為確定合理的襯砌厚度和錨桿長度提供依據(jù)；3．測定巖石試件的力學(xué)參數(shù)如楊氏模量、剪切模量等；4．工程巖體邊坡或地下硐室圍巖穩(wěn)定性的評價；5．探測斷層、溶洞的位置及規(guī)模，張開裂隙的延伸方向及長度等；6．利用聲速、聲幅及超聲電視測井的資料劃分鉆井剖面巖性，進(jìn)行地層對比，查明裂隙、溶洞及套管的裂隙等；7．劃分淺層地質(zhì)剖面及確定地下水面深度；圖3.1.1聲波儀的主要部件1.2聲波儀的基本原理1.2.1聲波儀的主要部件及其功用聲波儀是聲波探測使用的儀器。聲波儀有多種型號，主動測試的儀器一般都由發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)兩大部分組成。如圖3.1.1所示，發(fā)射系統(tǒng)包括發(fā)射機(jī)和發(fā)射換能器，接收系統(tǒng)包括接收機(jī)和接收換能器。根據(jù)發(fā)射和接收換能器之間的距離，及聲波在巖體中的旅行時間t，即l可由下式計算被測巖體的波速V1.2.2電聲換能器的工作原理換能器種類繁多，性能各異。聲波探測使用的是電聲換能器，它是聲波儀的重要組成部分。發(fā)射換能器：可以將發(fā)射機(jī)送來的電能轉(zhuǎn)換為彈性振動形式的機(jī)械能，從而產(chǎn)生聲波和超聲波；接收換能器：將接受到的巖體中的彈性波轉(zhuǎn)換為電能，然后輸送給接收機(jī)。圖3.1.2喇叭式換能器結(jié)構(gòu)示意圖1.3聲波探測的工作方法圖3.1.3常用的幾種現(xiàn)場工作方式示意圖1.4聲波探測在工程地質(zhì)中的應(yīng)用1.4.1巖體力學(xué)參數(shù)的測定巖體的彈性模量，泊松比，抗壓強(qiáng)度等力學(xué)參數(shù)，對于工程圍巖穩(wěn)定性的評價以及進(jìn)行工程設(shè)計和施工等都是極其重要的基本數(shù)據(jù)，需要予以測定。這項(xiàng)工作是聲波探測的一項(xiàng)重要內(nèi)容，無論在室內(nèi)或現(xiàn)場均可進(jìn)行。目前對動、靜彈模之間的關(guān)系在理論研究方面還不夠充分。進(jìn)行動、靜彈模對比換算時，一般是采用動和靜兩種測試的結(jié)果，通過對大量資料的對比統(tǒng)計，尋求二者之間的數(shù)字相關(guān)函數(shù)。圖3.1.6靜、彈模關(guān)系曲線圖3.1.7是黃河某壩區(qū)花崗巖和F18斷層面礫巖中的縱波速度Vp與動、靜彈模及形變模量之間的關(guān)系曲線。這些曲線是根據(jù)實(shí)測資料通過對比統(tǒng)計而繪制的。1.4.3圍巖應(yīng)力松弛帶的測定在硐室開挖前，巖體中應(yīng)力處于平衡狀態(tài)；開挖后，原始的應(yīng)力平衡被破壞，引起了應(yīng)力的重新分布，導(dǎo)致應(yīng)力的釋放與集中。這種變化隨巖體性質(zhì)、硐室形態(tài)、在巖體中的位置、硐徑大小等不同而異。圖3.1.8圓形隧道應(yīng)力分布曲線圖圖3.1.9單孔現(xiàn)場測試示意圖現(xiàn)場工作原理如圖3.1.9所示。垂直于硐壁布置若干組測孔。每組1個(或2個)測孔，孔深為硐徑的1—2倍。在硐壁應(yīng)力下降區(qū)，巖體裂隙破碎，以致波速減小，振幅衰減較快。反之，在應(yīng)力增高區(qū)，應(yīng)力集中，波速增大，振幅衰減較慢。因此利用聲波速度隨孔深的變化曲線，可以確定松弛帶的范圍。圖3.4.10展示了幾種常見的Vp-L曲線類型。其中VP>V0的曲線(曲線1、2)，表明無松弛帶；VP<V0的曲線(曲線3、4)和多峰值曲線(曲線5)，則表明存在應(yīng)力松弛帶。解釋時，由Vp-L曲線圖中A點(diǎn)的坐標(biāo)L1值確定松弛帶的厚度。圖3.1.11某地下工程斷面圖圖3.1.11是應(yīng)用聲波法探測某地下工程巷道應(yīng)力松弛帶的實(shí)例。聲波探測時采用雙孔直透法。據(jù)大量測試資料統(tǒng)計，巖體的正常波速值為5330m/s，圈定松弛帶范圍時取5120m/s。求得松弛帶的平均厚度為0.6m。結(jié)論是巖體的松弛帶較薄，強(qiáng)度高，硐體穩(wěn)定。但該斷面上發(fā)育有兩組節(jié)理，在拱頂組合成屋脊?fàn)?，影響拱頂?shù)姆€(wěn)定，施工過程中曾發(fā)生過“冒頂”現(xiàn)象。因此結(jié)合地質(zhì)條件，在拱頂部分應(yīng)采取加固措施。第二章放射性探測核地球物理勘探（簡稱核物探）：根據(jù)巖石中天然放射性元素含量及種類的差異，以及在人工放射源激發(fā)下巖石核輻射特征的不同，用以尋找礦產(chǎn)資源及解決包括水文、工程環(huán)境地質(zhì)在內(nèi)的某些地質(zhì)問題的地球物理方法放射性元素的衰變不受其自身化學(xué)狀態(tài)、溫度、壓力和電磁場等的影響，因此放射性探測的成果比較直觀，容易解釋。與其它物探方法相比，放射性探測還有成本低、效率高、方法簡便、不受環(huán)境干擾等突出的特點(diǎn)，因此在地質(zhì)工作中已得到廣泛的應(yīng)用。2.1放射性探測的基本知識2.1.1放射性核素及其衰變規(guī)律某些核素的原子核不穩(wěn)定，能自發(fā)地放出射線而變成另一種核素的原子核，這種現(xiàn)象稱為放射性衰變。具有不穩(wěn)定原子核的核素稱為放射性核素。α衰變：α射線是高速的氦核流，某一放射性核素的原子核經(jīng)衰變后，將轉(zhuǎn)換為原子序數(shù)減少2、質(zhì)量數(shù)減少4的新核素的原子核β衰變:β射線是高速運(yùn)動的電子流。經(jīng)β-衰變產(chǎn)生的新核素，其原子序數(shù)比原核素增加1，但質(zhì)量數(shù)不變。γ衰變:從原子核內(nèi)放出γ射線γ射線是一種波長極短的電磁輻射,由于γ衰變只是能量狀態(tài)的變化，因此躍遷后原子核的質(zhì)量數(shù)和原子序數(shù)都保持不變衰變常數(shù):表示該核素中每個原子核單位時間內(nèi)衰變的幾率。衰變常數(shù)越大，衰變越快。半衰期T1/2

是指處于特定能態(tài)的某種放射性核素的原子核減少一半所需要的時間（單位為s）。若以N0和N表示某放射性核素在時間t=0和t時的原子核數(shù)，則其衰變規(guī)律可表示為2.2放射性測量方法及其應(yīng)用核物探可分為兩大類：一類是天然放射性方法。主要有γ測量法、α測量法等；另一類是人工放射性方法，主要有X射線熒光法、中子法、等。在水文、工程及環(huán)境物探中，目前使用的主要是天然放射性方法。2.2.1γ測量法γ測量法是利用儀器測量地表巖石或覆蓋層中放射性核素發(fā)出的γ射線，根據(jù)射線強(qiáng)度（或能量）的變化，發(fā)現(xiàn)γ異?；颚蒙渚€強(qiáng)度（或能量）的增高地段，借以解決水文、工程及環(huán)境地質(zhì)問題等。1.儀器及工作方法γ測量使用的儀器是閃爍輻射儀2.應(yīng)用及實(shí)例（1）云南某變電所新建工程選址工作中，為查明地質(zhì)情況，采用了電測深及γ測量。圖3.2.3是其中一條剖面上的γ強(qiáng)度曲線和電測深斷面圖。由圖可見，低阻帶正好與低值γ異常位置對應(yīng)，結(jié)合本區(qū)地質(zhì)情況，推斷有一條北東向斷裂從該處通過。（2）巖層的斷裂帶、構(gòu)造帶中，裂隙眾多、巖石破碎、通道發(fā)育，是地下水賦存或遷移的場所。四川某地位于背斜北端的山前盆地中，其中發(fā)育有含水層。為了尋找裂隙水，沿近南北方向布置了三