地球物理勘探在工程地质勘察中的应用

杜恒

摘 要：现阶段，在社会经济快速发展的背景下，人们生活中所需要的资源数量和种类越来越多。但是，当前我国能够使用的自然资源相对不多，要想有效满足广大居民的生活需求，需要全面提高对生态资源的勘察效率。对于工程地质勘察项目而言，地球物理勘探是十分关键的一种手段。为了确保地球物理勘探工作的有效实施，务必围绕物理勘探技术开展深入的研究，使其应用优势得以充分体现，为我国未来有效资源的开发和利用提供一定的保障。

关键词：地球物理勘探;工程地质勘察;地质雷达勘探;电法勘探

中图分类号：P631;TU195 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2021）31-0136-03

Application of Geophysical Exploration in Engineering

Geological Exploration

DU Heng

（The Third Exploration Team of Anhui Coalfield Geology Bureau， Suzhou Anhui 234000）

Abstract： At this stage， with the rapid development of social economy， people need more and more resources in their life. However， at present， there are relatively few natural resources that can be used in China. In order to effectively meet the living needs of the majority of residents， it is necessary to comprehensively improve the effectiveness of the exploration of ecological resources. For engineering geological exploration projects， geophysical exploration is a very key means. In order to ensure the effective implementation of geophysical exploration， it is necessary to carry out in-depth research around physical exploration technology， so as to fully reflect the technical implementation advantages of its application， and provide a certain guarantee for the development and utilization of effective resources in China in the future.

Keywords：geophysical exploration;engineering geological survey;geological radar exploration;electrical prospecting

过去的工程地质勘察模式主要为地质钻探和现场原位测试，较易受到勘测现场作业条件的影响，通常存在作业期较长、工作效率较低及项目成本较大等问题。而地球物理勘探具备勘测数据完整、成本较低以及简易便捷等应用优势，不仅可以显著提高勘探效率，还可以切实提高勘测质量。在社会高速发展的背景下，大型建设项目逐渐增多，对项目建设场地的勘测质量提出了更高要求，尤其是在工程探测深度、广度及精密度等方面。所以，对于工程地质勘察而言，全面运用地球物理勘探技术属于今后发展的重点趋势。

1 地球物理勘探技术概述

1.1 地球物理勘探技术的定义

地球物理勘探技术也被称作工程地球物理勘探技术，属于相对有效的勘察技术之一[1]。由于该技术在具体实施环节能够使人们获取精确的质量分析数据和理想的运用成果，因此被大范围运用于各种工程地质勘测项目中。地球物理勘探技术对新时期经济的发展与工程地质建设具备较大的应用价值，在资源开发、环境改善等领域也发挥着重要作用。这项技术是基于不同地质体的物性差异，利用各种类型的仪器设备与差异化的探测工艺开展勘察测量。地球物理勘探凭借仪器设备实施监测，获取的結果具备更高的精确性。

1.2 地球物理勘探技术的实施原理

地球物理探测技术主要利用各类物体之间的密度差异和放射性差异，结合地球物理的原理，使用各类物理勘探设备测量相关工程物理场。目前，我国开展工程地质勘察工作的关键技术是电子技术。在实际开展工程地质勘察工作期间，精确性较高的电子设备属于应用相对广泛的物理探测装置。此类设备能够对各种信号进行采集并成像，从而获得精确的、立体的分析数据，辅助人们深入分析、定量研究相关地理数据信息[2]。

2 地球物理勘探的特点及应用原则

2.1 地球物理勘探的特点

相关实践研究表明，地球物理勘探的特点具体表现在以下几个方面。一是勘探深度较浅。实施地球物理勘探的过程中，一般需要有效把控勘探深度，通常不能超出100 m。二是勘探精密度较高。在应用地球物理勘探技术的过程中，建设单位会将探测结果的精密度把控在厘米范围内，通过各项物理探测手段切实达成此目标。三是须进行多方法应用。因工程施工地质环境不断变化，不同工程物探地质的地震波长、地场及磁场等也存在不同，通常物探会应用多类方式，通过全方位勘察分析不同地质构造的物理状况[3]。

2.2 地球物理勘探的应用原则

2.2.1 已知指导未知原则。在规划地球物理勘探工作的过程中，务必遵守从已知到未知、从点到面、从简单到复杂的应用原则。必须全面运用该地区现有的各项地质数据，科学选用各项技术参数，构建地球物理模型，准确收集表面的地球物理信息资料，为信息处理、数据分析及结果推测等环节提供可靠的参考。所以，在规划地球物理勘探工作前，务必仔细采集、研究并运用区域内现有的地质资料。

2.2.2 综合大信息量原则。事实上，地质土体和周围岩石介质之间在较大程度上存在各类物理性质方面的差异。所以，可以利用各种地球物理勘探技术，有效获得引发异常的地质土体参数。根据各种物理性质差异所形成的大量数据资料，科学、全面地分析并研究地质土体的产生特性与构成条件，在一定程度上可以避免地球物理勘探异常的多解性，有助于提高地球物理勘探数据解释成果的可靠性和准确率。

3 地球物理勘探在工程地质勘察中的应用

3.1 地质雷达勘探

地质雷达以地下介质电性参数与几何形态的不同为基础，依据电磁波传播环节波形与电磁场强度的变动规律，确定地下界面或地质体的空间位置和地下介质的结构。地质雷达勘探以超高频电磁波作为探测场源，由一个发射天线向地下发射具有一定中心频率的无载波电磁脉冲波，另一天线接收由地下不同介质界面产生的反射回波，从而勘探地下目的体的结构和位置信息，原理如图1所示。

地质雷达具备方便快捷、受周围环境影响较小等优点。以地质雷达的运行原理为基础，对土质工程中地质雷达勘探技术进行深入研究，可以发现地质雷达能够获取有效的参考信息。除此之外，在城市地下岩溶勘探工作中有效运用地质雷达技术，能够确定溶洞的具体位置，并通过钻探方式进行验证，说明地质雷达可以准确探测埋深较浅区域的岩溶发育情况，为后续施工提供参考。

3.2 电法勘探

电法勘探实际上是观察勘探目标的电阻率和深层变化，进而围绕地层随地质深度变化表现出的岩层分布规律开展研究，有利于全面掌握地质构造的种类。在实际开展工程地质勘察工作的过程中，电法勘探以供电电极差距差异性为基础，最终目标是获得差异深度的地质岩层信息数据，能够体现差异电阻率岩层水平分布情况，确保地下水开发的科学性与建设材料选用的专业性。电法勘测具有广阔的运用前景，有效推动了工程地质勘测领域的可持续发展。

3.3 地震勘探

地震勘探技术实际上就是采用人工制作的弹性波，对地球土层和土层核心构造形态进行勘测的一种勘探技术。地震勘探在地表以人工方法激发地震波，在向地下传播时遇有介质性质不同的岩层分界面，地震波将发生反射与折射。在地表或井中用检波器接收这种反射波，再通過记录和分析地震反射波，推断地下岩层的性质和形态，原理如图2所示。

这种由人工激发的弹性波，核心特点是可以在地球地壳内开展规律化传播。事实上，此弹性波是炸药爆破后形成的地震波之一。爆破带来的影响与岩土层本身产生的形变将促使岩层弹性构造发生改变。随着时间的推移，岩石弹性结构会逐渐恢复至原先形态。这一过程中，震源结构中的地震震点也会随着弹性结构的变化而变化。在整个变化过程中，这都与其涉及的质点具有显著联系，这是由于在地震波的形成过程中质点移动属于主要原因。

3.4 重力勘探

围绕土体开展研究能够发现，差异密度土体的局部重力通常存在较大区别，所以需充分参考重力加速值的实际区别，精确判定地壳矿体与土体密度的实际情况。在具体实施重力勘探技术的过程中，需要以万有引力为核心，合理运用高境地重力勘探仪器，围绕大面积孔洞开展勘探，同时可以科学研究工程地质相关信息内容。此外，还能够对重力形成的非正常情况进行研究与确认，充分参考研究结果，有效判断地下土体和土层不同的密实度状况，最后达成对各项潜藏数据信息的精准识别，有效进行对工程地质实际结构状况的专业分析[4]。

3.5 瞬变电磁勘探

瞬变电磁勘探技术的主要工作原理是通过接地线或是不接地电源将一个电场送至地下，在一次脉冲磁场间歇期间，运用线圈、接地电极观察地下介质内部引发的二次感应涡流场，进而针对介质电阻率进行检测。瞬变电磁法还能够有效识别地下电性分界面，由实测或理论模型数据求出磁感应强度微分参数，计算反射系数，从而绘制成剖面图。由图3可看出，在地下深度为100 m和200 m处分别出现了一个电性分界面。由图4可知，在地下深度为500 m处出现电性分界面。可见，图3和图4可直观划分地下介质电性分层情况。

瞬变电磁勘探属于直接探测纯二次场的勘察方式，因此有效防止了一次场所造成的影响。由此可见，瞬变电磁勘探技术具备勘测深度较大、横向分辨率较高以及体积效应较小等优点。近几年，瞬变电磁勘探技术被应用于探测低阻覆盖层下的良导电地质，也用来确定水文地质构造类型和在冲击层地区估算基层的埋深和地下水位。总的来说，瞬变电磁勘探技术具备强大的应用优势，在我国工程地质勘察项目中发挥着十分重要的作用[5]。

4 结语

对于国内的工程地质勘察领域而言，地球物理勘探具有十分重要的应用意义。在正式进入工程地质勘察环节时，凭借各种地球物理勘探技术能够获取理想的勘察成果。可见，地球物理勘探技术的应用成果实际上是工程地质研究工作的基础，同时与分析、生产等紧密相连。在具体实施工程地质勘察的过程中，技术实施人员需要依据相应信息的研究成果，合理挑选差异化物理探测设备，运用针对性的技术手段，保证工程顺利进行，最大限度地保证工程地质勘察结果的真实性，为工程建设提供助益。

参考文献：

[1]周冠一.地球物理勘探技术现状与发展[J].世界有色金属，2019（13）：183.

[2]谢金伟.地球物理勘探在工程地质勘察中的应用[J].工程技术研究，2019（7）：74-75.

[3]蔡伟涛，屈建余.基于地质工程的地球物理勘探技术专业之内涵建设[J].世界有色金属，2018（23）：253.

[4]陶柳.地球物理勘探在工程地质勘察中的应用研究[J].中国金属通报，2020（9）：160-161.

[5]张宗军，吉虎.地球物理勘探在工程地质勘察中的应用[J].工程技术研究，2018（9）：128-129.