浅谈地球物理勘探在工程地质勘察中的应用

王 超

（山东省第三地质矿产勘查院，山东 烟台 264000）

整体上地球物理勘探有着丰富的勘察信息、探测深度比较大、费用相对较低而且十分简便快捷，其对于勘察效率及其质量的提高有着十分重要的现实意义。随着社会经济的不断发展，一些规模较大的工程建设数量不断增加，所以，其对于建设场地的勘察质量要求越来越高，也就是对勘察的广度、精度及其深度等愈加严苛。鉴于此，将地球物理勘探更好地应用在工程地质勘察中十分必要。

1 地球物理勘探在工程地质中的应用意义

物探技术通过演示这种物质存在之间的密度和放射性物质的主要差异，利用地球物理学的原理，采用不同的物探方法进行勘探，可有效预防许多潜在的自然灾害，从而保障人民群众的经济安全和人身安全;工程建设工程施工前通过地区物理勘探技术的施行，能够保证工程建设的安全性，并且能预防建设工程若干年后发生的建筑灾害。随着我国科学技术尤其是计算机网络的进步，综合的物探技术在地质工程的勘察中表现出不可替代的优势，提高工作人员的综合素质，尤其是工作人员要全方位的掌握地球物理相关的技术和工程地质勘查中的运用技巧。促进新技术的开发和使用能够提升地球物理勘探技术进入一个新台阶，促进地球工程地质的勘查步入一个新水平。

2 地球物理勘查技术的现状分析

2.1 航空地球物理勘查

2.1.1 航空地球物理勘查方法的运用现状

目前运用非常广泛的航空地球物理勘查技术包括电磁法、磁法和能谱法，本文从实际最新技术出发作出探讨。人工场航空电磁法主要包括航空频域电磁法及航空瞬变电磁法两种最为基本的类型。随着后者的不断兴起和成熟化发展，实现方式为固定翼式及直升机吊舱式两种最为普遍的类型，发射的射程具有较大的磁矩，勘查深度可达到500M左右，对低阻领域内的地质体反应非常敏锐，具有非常发达的使用效果。

随着天然场源航空电磁法的悄然发展，垂向倾子电磁法以几千公里之外的信号作为激励场，研究这种方法产生的信号可准确推断地质体的赋存状态，这种垂向倾子电磁法的优势主要体现在具有非常深的勘探深度，适合大面积小比例尺的地质情况的勘察。

2.1.2 航空地球物理勘查的效果分析

航空器近年来最大的突破在于大比例尺高精准度的测量及软补偿技术的成熟利用。总精度不断有效提升，克服飞行器电磁干扰的有效补偿措施可采用高效的软件补偿技术，测定飞机的姿态信息从而对干扰磁场进行有效排除。目前世界发达的勘查技术主要集中在美国，美国的LRS公司和加拿大的微重力公司，所生产的设备具有极高的精准度，用于海洋大陆架测量，大面积的地质模型测量，较大岩体的精准探测。

2.2 地面地球物理勘查技术的主要进展

2.2.1 地面地球物理勘查方法的现状分析

近年来地面重力、磁法的运用已经逐渐普及并且更加成熟，地面电法发展主要有两点非常显著的成就，一是突破了简单的标量的测量，向矢量和张量两个重要的维度进行有序发展，不仅运用了MT、AMT的方法，并且推广了CSAMT的方法，测量的效率有非常明显的提升。单点测量向阵列式测量方向的演进，尤其是测量设备的更新换代，涉及的方法也表现出多样化的特点。

2.2.2 地面地球物理勘查设备的进步

（1）硬件设备：与上世纪的发展设备相比较，我国地球物理应用设备的环境适应能力有非常明显的提升，主要体现在下面几个重要的标准：比如分辨率和灵敏度显著提升；稳定性明显增强，在降低噪声的层次上采用更为先进的噪声处理技术，增大发射功率，精细补偿，多次叠加等多样性的方式；采样的频率更高，数据量更大；设备的环境适应性明显更好，比如抗寒、抗湿性能非常显著。

（2）软件设施方面：世界各国电子计算机技术的发展，带动社会各个领域的科技革命，在地球物理勘查技术体现在出现了一批国际知名度非常高的地球物理软件公司；数据的处理能力显著上升，处理技术实现了空间域、时间域的突破，数据的吞吐量明显提高。数据图示的表现力度更为直观，实现了三维数据的完整展示，模拟技术更为成熟。

2.3 地球物理勘查技术的应用领域-以矿产资源为视角

在勘探矿产资源的过程中，采用地球物理勘查技术可对矿环境进行分析，实现成矿区带的事先预测，圈定一个稳定范围，从而对矿体获得的综合数据进行分析，提高矿物开采的效率，实现重要矿产资源的开发与利用。对深大断裂、地体衔接和板块缝合地带进行划分，对隐伏构造也可有一个较好地预测。二维叠前偏移技术解决了传统勘探的问题，有效地提升了能源区开采的生产期限和寿命，促进了矿场资源开发的创新和发展。

3 物探技术在土木工程地质调查中的应用策略

3.1 高密度电测在土木工程地质勘察中的应用研究

高密度电阻率法是土木工程和地质调查领域常用的一种勘探方法，是电测深与电剖面相结合的一种勘探方法。同时，它也是一种基于土和岩石导电性差异的地球物理方法，一般需要一种分析方法来求解简单电条件下的电场分布，优点是操作性强、比较简单，过程比较方便，检测信息很丰富，检测结果也很准确。施工现场高密度电测应用实例分析表明，高密度电测可有效完成岩面定位，对工程施工具有一定的指导意义。通过对危险废物集中处置场高密度电勘探的实际土木工程和地质调查，表明高密度电法勘探效果较为理想，具有巨大的应用潜力。根据当前高密度电勘探的实际特点，正在对浅层地下水泥管道进行探针试验研究。调查结果表明，高密度电探能非常成功地完成对地下空洞是否存在的探查。以高密度电勘探在当前岩溶勘探和城市管道勘探中的应用为例，分析了在工程地质领域采用高密度电勘探的可行性，高密度电勘探是一种实用的、有针对性和科学性的地球物理方法。以高密度电探在隧道等基岩地表勘探中的应用为例，提出高密度电探对低阻地质异常具有更高的反演精度。结合边坡岩土工程高密度电测实测为例，对高密度电测在斜坡岩埋深勘测工程中应用的可靠性进行分析，高密度电探可以探测岩石表面的形状，效果更好。总的来说，高密度电勘探在当前土木工程地质勘察过程中的应用前景非常广阔。

3.2 瞬变电磁场检测技术

瞬变电磁场探测技术目前主要是利用电磁场感应原理，利用专用设备引导电磁场转换，最终完成对目标地质构造特征和属性的分析。瞬变电磁场检测技术本身具有速度快、灵敏度高等优点，但其应用成本较高。从整体分析来看，上述提出的各种检测方法，应该是基于表面层次上的差异化特征。同时，由于技术应用的差异，选择的检测方法的范围非常广泛。它非常灵活和可修改。实际检测方法需要具体分析。只有这样，才能显著提高检测技术的有效性。

3.3 重力检测方法

目前，由于岩体的密度不同，其分布也不相同，这主要是受重力的影响。不同岩石之间的差异比较大，可作为进行地壳岩石相关地质调查工作的参考岩石密度差。该技术以万有引力定律为研究基础，可利用重力仪器分析地质环境中岩石密度的变化。精密重力探测可分析不同深度的地质环境，作为定性和定量的分析数据。对于重力异常的问题，可进行综合分析，对地下岩石完成了隐含信息的判断。

3.4 勘探地震技术

地壳中的弹性波可被人工激发以启动反射波和折射波的快速传播。根据线性时空时间场的分布规律，可进行综合分析和处置工作。在反射面的深度处完成对折射面深度和地质构造的分析，完成与数据相关的统计工作。

通常，在特定工作应用过程中，探矿者通过观测获得的物探剖面已经具有一定的地质工作意义。在处理不同地质波速的同时，也反映了材料强度相关指标的差异。相同的地质条件，它们所能承受的内力和波的速度有一定的差异，不同地质的波的速度也有一定的差异。浅折射非常准确，因为它可以分析检测到的洞穴和隐藏的结构。它们通常受现场条件的限制，同时，需要对有条件的工作进行精确控制。

3.5 电磁勘探技术

电磁勘探是根据电阻率换算规律，在人工磁场和自然磁场下对观测点的深度进行勘探。地质深度会产生相对均匀的岩层分布，但最终会产生差异化的岩石电磁特性。电磁勘探技术是地球物理勘探技术中不可忽视的组成部分之一，在厚岩层地质勘探中得到了有效应用，同时也得到广泛的认可和应用。位置测频法也是一种非常高质量的频率检测人工磁场源，它可很好地处理原始自然磁场的微弱特性，对于处理非常复杂多样的地质非常有用。人工场源对于全方位控制工作也非常有利，尤其是对于当前可控源的音频相关性分析。利用电偶极子在地下传输的电磁分量来完成所需的分析。目前可控源音频电磁探测技术的探测深度较大，兼具剖面和深度特性。通过改变供电频率，得到不同深度的卡尼亚电阻率。工作整体开展，大大提高研究工作的有效性和效率。尤其是一次启动7个点的电磁探测工作，快速削弱高阻屏蔽的功能，工作效果非常理想。

3.6 地质雷达法在当前土木工程地质调查中的应用

地质雷达主要根据地下介质的电参数、电磁波波形及电磁场强度产生的变换规律，确定地下界面和地质体的空间位置。这种方法的优点主要是无损和方便，不受附近环境的影响。目前城市工程研究正在开展与地质雷达技术应用相关的研究，提出地质雷达技术的发展具有非常理想的应用前景。将地质雷达应用于当前城市地下岩溶探测，可有效完成洞穴位置调查，利用开挖完成最后的验证，最终探测结果具有实用性，大可放心。地质雷达在埋藏不深的地区探测岩溶发育，探测结果也是准确的。

4 结论

综上所述，简化的土木地质勘探技术在应用过程中仍存在诸多弊端。由于当前社会生产力的不断发展和当前社会科学技术的快速进步，这种情况对于工程来说也是非常重要的。地质勘探技术的进步，提出新的发展要求，土木工程研究过程中必须使用地球物理技术。这将进一步提高当前土木工程研究中地球物理勘探技术的准确性，使许多领域的地球物理研究工作持续快速发展。