物探技術(shù)在工程地質(zhì)勘查中的應(yīng)用

譚方玉

（貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局物化探總隊(duì) 貴州省都勻市 558000）

在工程施工開(kāi)始之前，都需要先對(duì)施工區(qū)域的地質(zhì)情況進(jìn)行全面了解，為后續(xù)施工提供可靠依據(jù)，以確保工程施工的順利和安全。地質(zhì)情況的了解是通過(guò)地質(zhì)勘查來(lái)完成的，需要應(yīng)用相應(yīng)的技術(shù)手段，也就是物探技術(shù)，所以，加強(qiáng)對(duì)物探技術(shù)的掌握，提高物探技術(shù)應(yīng)用水平，對(duì)工程建設(shè)的發(fā)展有著重要作用。

1 工程地質(zhì)勘查中常用的物探技術(shù)概述

1.1 電磁法

電磁物探技術(shù)有多種，其依據(jù)都是電磁學(xué)相關(guān)理論，常用的主要有瞬變電磁法和探地雷達(dá)法。其中，瞬變電磁法也被稱為時(shí)間域電磁法，其技術(shù)原理的基礎(chǔ)是電磁感應(yīng)定律，具體為發(fā)射圈內(nèi)通過(guò)人為方式施加脈沖電流，產(chǎn)生瞬變電磁場(chǎng)，在磁場(chǎng)從地表傳播到地下深處的過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)渦流場(chǎng)，在脈沖磁場(chǎng)的間歇期內(nèi)，二次渦流場(chǎng)可以借助接地電極、線圈等進(jìn)行觀測(cè)，從而測(cè)定介質(zhì)的電阻率，分析介質(zhì)的性質(zhì)。瞬變電磁法的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)為操作簡(jiǎn)單、探測(cè)效率高，對(duì)于低阻地質(zhì)體具有較高的靈敏性，不會(huì)受到地形的影響，分辨率較高，可以同時(shí)完成深度探測(cè)與剖面測(cè)量，能夠?yàn)楣こ痰刭|(zhì)勘查提供更豐富的信息[1]。

探地雷達(dá)法是一種基于電磁波反射波形、振幅等信息來(lái)進(jìn)行勘查的方法，主要應(yīng)用于地下（或物體內(nèi)）不可見(jiàn)界面（或目標(biāo)）的定位與信息獲取。在此技術(shù)中，采取的設(shè)施為合適型號(hào)的探地雷達(dá)，組成部分包括發(fā)射單元、發(fā)射天線、接收天線與接收單元以及控制中心、其他附件等。在具體勘查過(guò)程中，通過(guò)向地下發(fā)射頻率范圍在106～109Hz的高頻電磁波，運(yùn)用接收天線來(lái)收集電磁波在介質(zhì)中傳播過(guò)程產(chǎn)生的波形、幅度以及相位等變化信息，通過(guò)對(duì)信息的處理與分析，判定地下介質(zhì)的具體情況，包括形態(tài)、結(jié)構(gòu)、埋藏深度以及空間位置等。

1.2 高密度電法

高密度電法即是高密度電阻率探查技術(shù)，該技術(shù)是根據(jù)巖土介質(zhì)電阻率存在差異來(lái)進(jìn)行探測(cè)的，在具體應(yīng)用中，需要對(duì)探測(cè)區(qū)域施加電廠，利用專門(mén)的設(shè)備來(lái)檢測(cè)傳導(dǎo)電流的分布與變化情況，然后對(duì)巖土性質(zhì)進(jìn)行判斷。在高密度電法中，可以準(zhǔn)確的測(cè)量出地面電場(chǎng)變化的相關(guān)信息，計(jì)算出精確的地表電阻率，提高工程地質(zhì)勘查的質(zhì)量。

以工程地質(zhì)地下水條件的勘查為例，工程區(qū)域地質(zhì)表層為第四系，基巖包括二疊系的泥巖、砂巖以及夾煤層，在勘查中，根據(jù)工程實(shí)際地形情況，選擇在合適位置布置高密度電法的剖面，電極數(shù)量設(shè)計(jì)為120根，測(cè)量點(diǎn)的距離不能超過(guò)3m，根據(jù)測(cè)量所得結(jié)果，南北向測(cè)量剖面的電性保持在相對(duì)穩(wěn)定范圍內(nèi)，較為均勻，未出現(xiàn)異常情況；東西向測(cè)量剖面測(cè)出現(xiàn)電性異常情況，可判定基巖裂隙中是有地下水存在，導(dǎo)致測(cè)量電阻率下降[2]。

1.3 磁法勘查技術(shù)

磁法勘探技術(shù)依據(jù)的原理是巖土礦石都具備一定的磁性，且不同巖土層的磁性不完全相同，在這種磁性下，地區(qū)的磁場(chǎng)會(huì)出現(xiàn)不同變化，導(dǎo)致地磁異?，F(xiàn)象。在磁法勘查中，通過(guò)使用相應(yīng)的探測(cè)儀器，地磁的異常情況可以被直接觀察到，收集地磁異常的信息，來(lái)研究、分析地質(zhì)的構(gòu)造，可以得到準(zhǔn)確的勘查結(jié)果。在當(dāng)前工程地質(zhì)勘查中，磁法勘查技術(shù)應(yīng)用較為廣泛，具有較為理想的勘查效果，可以將工程地質(zhì)中的破碎帶、基地構(gòu)造、斷裂帶等情況準(zhǔn)確反映出來(lái)，作出相應(yīng)的工程地質(zhì)填圖。

1.4 反射波勘查技術(shù)

反射波勘查技術(shù)的原理是不同類型價(jià)值對(duì)于波的反射也會(huì)存在差異，當(dāng)向地下介質(zhì)發(fā)送反射波時(shí)，由于介質(zhì)的變化，反射波振幅也會(huì)出現(xiàn)改變，特別是遇到阻抗較大的介質(zhì)時(shí)，振幅會(huì)出現(xiàn)大幅度的降低。在工程地質(zhì)勘查中，運(yùn)用反射波勘查技術(shù)，可以根據(jù)現(xiàn)有的不同材料反射波信息，將其與工程地質(zhì)實(shí)際勘查中反射波數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，來(lái)確定工程地質(zhì)的具體情況。

1.5 地震勘查技術(shù)

地震勘探技術(shù)主要有折射波法、反射波法兩種，在這兩種方法中，其依據(jù)的原理是對(duì)折射波、發(fā)射波形成的時(shí)間場(chǎng)在側(cè)線方向上的時(shí)空分布規(guī)律進(jìn)行觀察，來(lái)判定折射面、反射面的巖土性質(zhì)以及所處的深度等情況，得到勘查結(jié)果。在此種勘探技術(shù)中，地下不同介質(zhì)本身在彈性、密度方面是有所不同的，對(duì)于地震波的折射、反射作用也有所差異，根據(jù)所測(cè)得的折射波、反射波信息，可以較為準(zhǔn)確的判定地下巖層形態(tài)與性質(zhì)[3]。

相較于其他物探技術(shù)而言，地震勘查技術(shù)具有較為明顯的優(yōu)勢(shì)，操作簡(jiǎn)單、精確度高，可進(jìn)行數(shù)十千米深度下的探測(cè)，但也存在一定不足，比如成本較高、勘查結(jié)果解釋單一等。但隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，地震勘查技術(shù)也得到長(zhǎng)足進(jìn)步，分辨率越來(lái)越高，地下構(gòu)造相關(guān)研究更加精密，可以提高對(duì)地質(zhì)性質(zhì)判斷的詳細(xì)程度與準(zhǔn)確性，為工程建設(shè)提供可靠依據(jù)。

1.6 重力勘查技術(shù)

重力勘查技術(shù)的原理是根據(jù)地殼巖體、礦體在密度上的差異性，通過(guò)對(duì)地表變化情況的觀察，來(lái)完成地質(zhì)勘查工作，其依據(jù)的是牛頓萬(wàn)有引力定律，具有精確度高、干擾程度小等優(yōu)點(diǎn)。在重力勘查技術(shù)的實(shí)際運(yùn)用中，需要對(duì)勘探地質(zhì)體與周邊巖體密度差異情況有充分了解，通過(guò)相應(yīng)儀器運(yùn)用，來(lái)明確重力異常情況，準(zhǔn)確判定工程地質(zhì)勘查結(jié)果。重力勘查技術(shù)在當(dāng)前工程地質(zhì)勘查中也有著廣泛應(yīng)用，勘查效果顯著，可以對(duì)地下礦體性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造等進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷，工程地質(zhì)勘查結(jié)果較為準(zhǔn)確可靠。

2 綜合物探技術(shù)在工程地質(zhì)勘查中的應(yīng)用

綜合物探技術(shù)的基本原理是通過(guò)對(duì)地層表面施加外部作用，使其產(chǎn)生振動(dòng)信號(hào)，信號(hào)在地層中的傳播過(guò)程會(huì)產(chǎn)生一些面波和體波信號(hào)，其中，面波信號(hào)包括Love波、Raylegh波，體波則包括橫波和縱波。

由于地層中介質(zhì)并不是完全一致的，介質(zhì)存在不均勻情況，在這種情況下，信號(hào)傳播過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)面波信號(hào)頻散的情況，其頻散規(guī)律體現(xiàn)為：①層厚對(duì)VR（面波速度）-（f頻率）的影響，在厚度發(fā)生變化時(shí)，根據(jù)厚度變化情況，頻散曲線拐點(diǎn)位置會(huì)移向低頻方向；②層速對(duì)VR-f的影響，在頻率出現(xiàn)變化時(shí)，根據(jù)勘探深度變化情況，VR會(huì)趨近于深度層的層速[4]。

同理，由于地層介質(zhì)中波的傳播速度不一致，在一些特定地層中，體波信號(hào)會(huì)出現(xiàn)折射或反射情況，其中，如果傳播過(guò)程中上覆層波速小于下伏層，體波信號(hào)會(huì)出現(xiàn)明顯折射；如果上覆層的波阻抗小于下伏層，體波信號(hào)會(huì)出現(xiàn)明顯反射。其中，在折射波中，又有初至折射波和對(duì)比折射波之分，前者跟蹤的只是初至區(qū)某個(gè)界面產(chǎn)生的折射波，辨認(rèn)較為簡(jiǎn)單；后者追蹤的是初至區(qū)和續(xù)至區(qū)折射波，在實(shí)際應(yīng)用中，需要將兩者準(zhǔn)確區(qū)分開(kāi)來(lái)。折射波存在一些不適用的工程地質(zhì)，比如薄層、地質(zhì)速度逆轉(zhuǎn)層等。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在近些年來(lái)，物探技術(shù)發(fā)展迅猛，在工程地質(zhì)勘查中發(fā)揮著越來(lái)越加重要的作用，在多種物探技術(shù)中，其依據(jù)的原理有所差異，主要有重力、電磁、地震波等等，掌握不同物探技術(shù)的具體特點(diǎn)，根據(jù)工程地質(zhì)勘查需求的差異，選擇合適的物探技術(shù)并將其正確運(yùn)用，對(duì)提高工程地質(zhì)勘查質(zhì)量有著重要幫助。

[1]芮煜理，王文濤.工程地質(zhì)勘查中物探技術(shù)的應(yīng)用研究[J].江西建材，2016（17）：239+241.

[2]劉華龍.工程地質(zhì)勘查中物探技術(shù)的應(yīng)用研究[J].民營(yíng)科技，2016（01）：10.

[3]呂新，馬廣龍.物探技術(shù)在工程地質(zhì)勘查中的應(yīng)用[J].科技傳播，2012，4（20）：116.

[4]李少金.試論綜合物探技術(shù)在地質(zhì)勘查中的應(yīng)用[J].黑龍江科技信息，2012（03）：110.