地球物理勘探在工程地质勘察中的应用分析

2024-06-08黄国松

中国设备工程 2024年10期

关键词：勘探岩体弹性

黄国松

（中国建筑材料工业地质勘查中心广东总队，广东广州 510000）

在社会高速发展背景下，人们对工程项目施工建设，资源开发利用等工作的质量要求不断提高，为满足项目施工活动对地质勘探工作的需要，可以将地球物理勘探技术应用于地质工程勘察工作中，以提升工程勘测工作深度、广度与精度。

1 常用的地球物理勘探技术

1.1 地震勘探技术

地震勘探技术是当前工程地质勘探工作中较为常用的一种地球物理勘探技术，这一技术的应用原理是通过人工激发弹性波，并使其在地壳中传播，然后通过观察弹性波的反射波与折射波传播情况的方式，了解到时间轴沿测线方向的时空分布规律，获取相应反射面的深度、折射面的深度、地质性质与构造等数据信息。现阶段地震勘探技术主要包括反射波勘探技术与折射波勘探技术两种，相对其他地球物理勘探技术，地震勘探技术并不需要进行复杂的勘探成果分析，因此相较来说，这一勘探技术的操作较为简单。但为了尽可能提升地震勘探技术应用的准确性，需要投入较大的勘探成本。

1.2 重力勘探技术

由于不同密度的岩体局部重力存在一定的差异，为了准确判断岩体结构，可以应用以牛顿万有引力加速度为基础的重力勘探技术，通过重力测量仪器检测连体重力加速度值的差异情况，实现不同地壳矿体、岩体密度信息的勘察。在实际的地质勘察工作中，合理应用重力勘探技术可以及时发现重力形成的非正常信息，通过对信息结果进行研究的方式，准确判断土层、土体的不同密实度状况，实现各项隐藏数据的精准识别，为后续工程地质结构状况分析工作提供准确的数据支持。

1.3 电磁勘探技术

电磁勘探技术在实际应用过程中，可以将仪器设备放置于天然或人工磁场中，通过分析观测点深度变化。或电阻率变化情况的方式，了解地层深度变化时的岩层分布规律，了解不同岩石的具体电学特征。在当前的工程地质勘探，电磁勘探技术广泛被应用于厚岩层地质勘探工作中，并且取得了良好的地质勘探效果。位置测频法是一种高质量的频率检测人工磁场源在实际地质勘探工作中，这一技术方法可以对原始自然磁场进行合理处理，满足复杂地质勘探工作的需要。同时，这种人工场源可以满足人们对全方位勘探控制工作的需要，将其合理应用于地质勘探工作中，可以有效地提升勘探工作的效率。

1.4 地质雷达勘探技术

地质雷达勘探技术是一种通过分辨地下介质电性参数与几何形态差异的方式，依据电磁波传播环节波形与电磁场强度变化规律的方式，确定地下界面或地质体的空间位置与地下介质结构。在当前的地质勘探工作中地质雷达勘探技术主要以高频电磁波为探测场源，借助发射天线向地下发射具有一定中心频率的牛仔波电磁脉冲，然后利用接收天线接收地下不同介质界面产生的反射回波，通过对反射回波进行分析的方式了解地下墓地体的结构与位置。

1.5 瞬变电磁场勘探技术

瞬变电磁场勘探技术是一种以电磁感应原理为基础，通过应用测定仪器完成电磁场变化感应工作的方式，了解分析目标地质构造的具体特征与属性。在当前的工程地质勘探工作中，快捷、灵敏是瞬变电磁感应技术应用的主要优点，成本偏高是这一技术应用的主要缺点。

1.6 高密度电阻率法

在土木工程地质调查工作中，高密度电阻率法是一种较为常用的地质勘探方法，注意技术方法，可以看作是电测深与电剖面技术结合到一起的勘探方法，同时，也被看作是一种通过分析土体与岩石导电性差异获得勘探信息的地球物理勘探方法。在实际地质勘探工作中，高密度电阻率法在应用时，需要先采用一种合适的分析方法求解简单电条件下的场分布情况，相较其他的地质勘探方法，高密度电阻率法有着操作性较强、过程较为方便、检测信息比较丰富、测定结果极为准确的优点。通过对这一技术方法的实践应用情况进行分析，可以了解到，高密度电阻率法的合理应用可以有效完成岩面定位工作，进而为后续土木工程施工活动的开展提供指导。同时，对危险废物集中处理厂地质勘探工作中，高密度电阻率法的应用情况进行分析可以了解到，这一技术方法不仅可以满足土木工程地质调查工作的需要，还保证了勘探工作取得了理想的勘探效果。

1.7 综合物理勘探技术

近年来，随着工程地质勘探工作复杂度的不断提升，人们对于地球物理勘探技术应用效果有了更高的要求。由于不同的地质勘探技术均存在自身独有的特点与优势，现阶段，为进一步提升地质勘探工作的准确性与可靠性，在实际的地质勘探工作中，将多种地球物理勘探技术结合到一起，共同开展某一区域的地质勘探工作，成了切实提升勘探信息准确性满足后续工程项目施工需要的重要举措。

2 地球物理勘探技术应用实例

在某水利工程施工建设过程中，为了保证地下洞室开挖基岩稳定性、边坡稳定性均能满足本次工程施工建设的需要，在工程地质勘探工作中，工作人员合理应用了地震勘探技术，通过合理分析弹性波信息的方式，了解该区域的实际地质情况。

2.1 技术应用价值

在本次水利工程施工活动中，合理应用地震勘探技术。第一，可以切实了解该区域松散沉积物的分层情况。在勘探过程中，通过分析弹性波传播速度差异性的方式了解各类型松散沉积物的分层情况。第二，可以了解不同物质的埋深与起伏状态。在勘探过程中，应用地震勘探技术可以有效探查覆盖层下基岩的埋深与起伏形态。第三，可以确定风化壳厚与形态。利用弹性波可以探查该区域基层岩风化壳的厚度与变形规律。第四，可以确定断层的基本状况。通过分析可以了解到该区域基岩断层破碎带的具体情况，并确定断层的断距与类型。第五，可以了解溶洞的基本情况。通过分析可以查明该区域隐伏的溶洞发育带，并确定溶洞的位置，了解破碎带的宽度与埋深。第六，确定并计算隐伏溶洞与覆盖层之间的水力联系。借助弹性波探测覆盖层中的溶蚀地段。第七，确定活动断层。利用弹性波探查基岩断层在第四系地层中的形迹，确定其是否为活动断裂。

2.2 数据分析公式

在利用探测技术开展水利工程岩体地质分类与质量评价工作时，受不同岩性岩体组合以及复杂结构面的影响，弹性波在岩体中的传播速度会发生改变。考虑到不同岩体基础结构与性质会影响弹性波在传播过程中表现出的传播特性，因此，在分析岩体时，可以将弹性波作为地质分类的定量指标，通过测定岩体中弹性波传播速度的方式，完成该区域岩体工程地质分类工作。在实际分析过程中，弹性波的纵波速度可以表示为：横波速度可以表示为：瑞利表面波速可以表示为：。上述公式中，G 指的是介质的刚度模量；E 指的是介质的弹性模量；v指的是介质的泊松比；ρ指的是介质的密度；λ指的是介质的拉梅常数。同时，利用弹性力学理论对上述三种波速关系进行分析，可以得到：，。在实际的水利工程地质勘测工作中，在应用地震法获得相应的弹性波测定数据后，可以借助上述公式完成不同地层岩土体物理力学参数的确定工作。

2.3 具体数据收集

数据收集是地震勘探技术应用过程中的基础性工作之一，数据收集的准确性与地质勘探质量之间存在直接的联系。考虑到水利工程地质勘探环境相对复杂，需要工作人员应用专业性的设备获取相应的地质信息，并对这些信息进行监测与分析，实现勘探区域地质情况的有效预测。在数据获取工作中，为保证地震勘探技术取得了良好的应用效果，工作人员可以先选择一个独立的数据点开展分析工作，并将这一数据点内获取的数据信息描绘在同一个数据分析平面内，应用动态分析模式，对该区域地质变化情况进行详细描述。在数据信息描述工作结束后，工作人员可以通过对信息立体成像特点进行分析的方式，对该区域的具体情况进行一个初步的判定，为后续数据详细分析工作的开展提供支持。

2.4 实地勘察分析步骤

在实地勘察过程中，确定地质构造的步骤为：首先，以本次工程的实际情况出发，确定合适的直线长度。其次，利用预先设置好的测波器，测定测线上各点位振动传播的耗时，并将其作为纵轴。最后，以波源的距离为横轴，得出时间—距离曲线，并对其进行分析。需要注意的是，在分析时间—距离曲线的过程中，工作人员需要先明确曲线具体负荷的情况。然后，依据曲线的切点倾斜程度，完成斜率计算工作，确定弹性波在各层的传播速度。同时，在开展核算工作时，可以对实测数据进行核实，以便完成理论值的实测工作，最终得到能够准确展示该地区实际情况的地质构造分析图。

2.5 稳定性分析

（1）承载力核算与抗滑稳定性分析。在开展水利工程地质勘察工作时，若将大坝基础作为岩体结构，那么需要对其抗滑稳定性进行分析，以便切实了解大坝基础在水利工程投入使用后能否具备良好的使用效果。在实际分析过程中，可以借助弹性波法判断。大坝基础岩体结构类型，然后，通过在大坝基础上开展岩体荷载、边界条件等限制因素的方式，实现大坝基础岩体滑移地质模型的设置。在模型构建工作完成后，工作人员可以利用分析模拟软件开展模型的岩体模拟实验，通过对岩体实验结果、滑动面材料组成、结构特征等信息进行分析的方式，确定大坝基础岩体的抗剪强度。

（2）地下工程围岩与岩质边坡稳定性分析。现阶段，为保证水利工程地下岩体的稳定性能够满足工程施工建设的需要，在开展工程地质勘探工作时，工作人员可以利用弹性波法对工程围岩岩体进行分析，完成工程地质划分工作，然后按照划分结果，分块开展岩体基础构造的分析工作。在分析围岩体结构时，需要重点关注断层面、节理缝隙、软弱夹层、空域附近边界面相互结合构造体等信息，然后结合施工人员的工作经验，应用合适的分析方法，判定围岩岩体的稳定性。

2.6 提升勘察质量的方法

（1）应用数字化勘察技术。在信息技术飞速发展的背景下，地质勘察工作也朝着信息化，数字化的方向发展。在本次水利工程勘察工作中，将数字化勘察技术与地震勘察技术融合到一起，在完成基础信息勘察工作的同时，合理利用信息化技术手段构建三维立体地质勘察模型，通过将相应数据信息填充到模型当中的方式，可以使该区域整体地质信息直观地展现在工作人员眼前。

（2）提升人员素质。为保证地震勘探工作获取的数据信息具备较高的精确度，在本次工程水利工程勘察工作推进过程中，应保证勘察人员具备较高的专业素质，在发现问题时，能够采取合理的措施消除人员因素对勘察结果造成的干扰。为了实现上述目标，在本次勘察工作开展前，勘察单位不仅需要对工作人员的专业能力进行考核，确保工作人员具备良好的专业素养与道德品质，还需要通过组织勘察人员开展专业知识培训的方式，确保勘察人员在本次地质勘察活动中能够合理应用勘察设备完成勘察工作。

（3）加强勘察过程控制。尽管相较其他地球物理勘察技术，地震勘察技术操作较为简单，但在实际勘察工作中，这一技术仍涉及专业技术要点。现阶段，为保证勘察结果的准确性，加强勘察过程控制成为一项极为必要的工作。在本次水利工程地质勘察活动开展前，勘察单位不仅需要选培一批专业的勘察人员，还需要在明确勘察人员专业能力的基础上，明确相应的勘察施工管理条例，对本次勘察工作相关的技术信息进行阐述，并对工作人员的权责进行合理划分。在保证工作人员在后续勘察工作中能够充分了解自身工作内容与具体工作方法的基础上，避免权责推诿情况的出现。

（4）加强设备管理。在地震勘探技术应用过程中，勘察仪器设备的总价值相对较高，若设备管理不当，那么不仅会影响地震勘察结果的准确性，还会因开展设备运维管理工作，而增大地质勘察工作的整体成本。现阶段，为提升勘察设备管控工作的有效性，在正式开展地质勘察工作前，工作人员需要对本次水利工程施工地点进行调查分析，明确将相应设备运输到勘察地点的具体交通工具、耗时、路况等信息，在合理规划仪器设备运输路径的基础上，开展仪器设备的检测工作。在保证仪器设备均处于正常工作状态后，开展设备运输工作，在将设备运输的水利工程地质勘探区域后，对设备的性能进行检查，矫正相应参数，确保仪器设备能够在后续地质勘察工作中正常运转。需要注意的是，若在设备性能检查时发现仪器设备存在某些性能问题，那么，工作人员需要将问题及时记录在工作日志上，并由专业的检修人员对其进行处理，在保证测定数据准确性的同时，为本次水利工程地质勘察施工活动质量水平的提升提供支持。