地球物理勘探在工程地质勘察中的应用研究

2021-01-05陶柳

中国金属通报 2020年17期

陶柳

（江西省核工业地质局二六三大队，江西吉安 343000）

物探技术在信息革命的推动下，得到了前所未有的发展，进一步提高了技术的精确度、时空超前性和创新性，同样，物探技术的发展也面临着创新化趋势。物探技术的主要特点体现在：运用社会物理学知识，分析地球上各种理场的分布，并对其结构、本体特征进行分析，进而寻找其统一的内在规律。物探技术能有效地发现矿产资源，为发生地理环境自然灾害提供准确的警报信息。积极开发地球物理技术，并将其应用于地质工程勘察是当前的一个热点问题。目前，我国的工程地质勘察技术已开始与国际接轨，并引进了大批先进的技术设备，为我国物探勘探工程地质勘察提供了十分广阔的前景。

1 物探技术的定义及其内涵

近几年，地球物理勘探又叫物探，是一门新兴的地质勘察学科，主要研究工程物探技术，在资源开发、环境保护、工程建设等方面做出了巨大贡献。物探技术得到了快速发展，许多工程地质问题得到了及时、准确的解决。该方法根据不同种类物质的密度和放射性差异，使用不同的设备和探测技术来测量相应的工程物理场。现代工程建设要求越来越高，传统的地质工作靠钻孔或地质点获取地质资料，深部地质体研究较少，物探技术利用仪器进行观测，使地质结论更加可靠。通过水文地质勘察实例分析，不同地区的水文地质特征有着非常大的差异，尤其是在岩土、水文地质等其他方面的特征还需要针对于不同的情况及时分析，物探技术的应用应该充分结合现场的工作条件，因地制宜的开展相应的工作。物探技术在获取了地理信息和数据的同时，也为防灾减灾工作奠定了坚实的基础。常规地质勘察方法主要是钻探取土、双桥静触探等，其使用范围各有不同，往往只有一种勘探方法，不能满足勘察需要，需要多种方法优势互补，准确报道物质灾害资料，再详细分析这些资料，以便采取相应的保护措施，以保证施工安全。

2 物探技术在工程地质勘察中的应用策略

2.1 高密度电法勘探应用于工程地质勘察的研究

高密电法勘探是工程地质勘察领域中应用最广泛的一种勘探方法，它集电测深和电剖面为一体，是一种组合勘探方法。这是一种建立在岩矿电阻率差基础上的物探方法，通常用解析法求解简单地电条件下的电场分布，与传统的电阻率法相比，具有操作简单、成本低、工艺方便、探测信息丰富、探测结果准确等优点。通过徐州市建筑场地高密度电法勘探的应用实例，说明高密度电法勘探能有效地锁定基岩面位置，对工程建设有一定的指导意义[1,2]。通过云南曲靖危险废物集中处置区高密度电法勘探的工程地质勘察实例，表明高密度电法勘探效果较好，在工程地质勘察领域具有较大的应用潜力。根据高密电勘探的特点，对浅层地下水泥管道进行了探测试验研究，结果表明，高密电勘探能较好地探测地下空洞的存在。以高密度电法勘探在岩溶勘探和城市管道勘探中的应用为例，探讨了高密度电法勘探应用于工程地质领域的可行性，认为高密度电法勘探是一种十分有效的物探方法。以高密电法勘探在坑道、基岩面等勘探中的应用为例，指出高密电法勘探对低阻地质异常体的反演精度较高，并指出高密电法勘探在探测基岩面形态方面效果较好。结合某边坡岩土工程勘察中高密度电法勘探的实测实例，讨论了高密度电法勘探在边坡基岩埋深调查工程中应用的可靠性。总之，高密度电法勘探在工程地质勘察中有着广泛的应用前景。

2.2 瞬变电磁场探测技术

瞬变电磁场探测技术主要采用电磁场感应原理，通过使用专业仪器对电磁场的变化进行感应，从而分析目标地质构造的主要特征和属性。瞬变电磁场探测技术具有快速、灵敏等特点，但其应用存在成本高等缺点。从总体上说，以上不同的探测方法应根据地表不同层次的特点，并且由于采用的技术不同，不同的探测方法具有不同的适用范围，非常灵活多变，具体的探测方法应具体分析，这样才能最大限度地提高探测技术效果。

2.3 重力探测方法

因为岩体的分布随着密度的不同而产生了较大的差异，这是因为在重力的核心作用之下，不同的岩石产生了较大的差异，这也成为了地壳岩体和岩体方面的密度差，以此为依据可以进行地质勘察的工作。该技术以万有引力定律为工作的基础，利用重力测量仪进行地质环境中岩石密度的变化分析。高精度的重力探测一起可以对于深浅不一的地质环境进行分析，作为定性和定量的分析资料，针对于重力异常的现象进行下一步的分析，往往可以推测出地下的岩石的差异，判断隐含的信息。

2.4 勘探地震技术

人工激发地壳中的弹性波，可以进行反射波和折射波的传播工作，根据时间场的直线时空分布的规律进行全面的分析与处理工作，从而在反射面的深度、折射面的深度、地质构造等方面进行分析，做好数据的统计工作[3]。震源探测技术分为折射探测和反射探测两种方式，在其他技术的应用中，不需要进行进行复杂的成果分析，具有着较高的准确性，但是在探测中需要投入巨大的成本。

一般在实际的工作应用中，勘探者观测到的物探剖面已经具有了一定的地质工作的内涵，在不同的地质波速的处理中，更多的表现为了物质力学方面的指标的差异，在相同的地质条件之下，承载的内力和波速均会产生较大的差异，而不同地质的波速差异有限。浅层折射发对于探测的洞穴和隐伏构造等都可以进行分析，具有着较高的精确程度，在实际的应用中受到了场地条件方面的限制，容易产生误差，测波速时还需要进行精准的条件控制工作。

图1 浅层地震与高密度电法在岩溶勘察中的应用

2.5 电磁法勘探技术

电磁勘探是在人工或者自然磁场之下进行的观测点深度和电阻率的变化规律探究，当地质的深度出现的是均匀的岩层分布规律时，将获得不同岩石电学特征。而电磁勘探技术作为重要的物探技术的组成部分，也在厚岩层的地质探看中有着十分重要的应用，并且得到了广泛的认可与应用。地点测频法，也是一项十分优质的人工场源的频率探测的方法，能够充分解决好原本自然磁场比较微弱的特点，更够更加有利于处理非常复杂的地质环境和非平面波的特征。人造场源对于全方位的控制工作而言是更加有利的，尤其是在可控源的音频方面进行分析，电偶极传递到地下的电磁分量进行分析，产生平面波效应。电磁探测技术具有着探测深度大，并且具有剖面和测深两方面的特点，进行电磁探测的过程中不需要改变工作的频率，而是需要改变几何的尺寸就可以进行全面的控制工作，大大增强了勘测工作的效果与效率。尤其是一次性发射七个位置的电磁探测工作，高阻的屏蔽作用大大削弱，具有着良好的工作效应。

大地电磁法在伏牛山隧道的应用情况如图2所示。

图2 大地电磁法在隧道的应用

2.6 地质雷达法在工程地质勘察中的应用

地磁雷达是以地下介质的电性参数和几何形态的差异为基础，根据传播过程中的电磁波波形和电磁场强度的变化规律，确定地下界面或地质体的空间位置和结构[4]。该方法具有无损、方便、受周围环境限制小等优点。对地质雷达技术在市政工程勘察中的应用进行了研究，认为地质雷达技术具有良好的应用前景。将地质雷达在城市地下岩溶探测中的应用，圈定溶洞的位置，然后通过钻探验证，发现其探测结果是可靠的，表明地质雷达能够准确地探测埋藏较浅地区岩溶发育。