物探技术在工程地质勘查中的应用

2018-02-14谭方玉

建材与装饰 2018年7期

谭方玉

（贵州省有色金属和核工业地质勘查局物化探总队贵州省都匀市 558000）

在工程施工开始之前，都需要先对施工区域的地质情况进行全面了解，为后续施工提供可靠依据，以确保工程施工的顺利和安全。地质情况的了解是通过地质勘查来完成的，需要应用相应的技术手段，也就是物探技术，所以，加强对物探技术的掌握，提高物探技术应用水平，对工程建设的发展有着重要作用。

1 工程地质勘查中常用的物探技术概述

1.1 电磁法

电磁物探技术有多种，其依据都是电磁学相关理论，常用的主要有瞬变电磁法和探地雷达法。其中，瞬变电磁法也被称为时间域电磁法，其技术原理的基础是电磁感应定律，具体为发射圈内通过人为方式施加脉冲电流，产生瞬变电磁场，在磁场从地表传播到地下深处的过程中，会出现涡流场，在脉冲磁场的间歇期内，二次涡流场可以借助接地电极、线圈等进行观测，从而测定介质的电阻率，分析介质的性质。瞬变电磁法的优点主要体现为操作简单、探测效率高，对于低阻地质体具有较高的灵敏性，不会受到地形的影响，分辨率较高，可以同时完成深度探测与剖面测量，能够为工程地质勘查提供更丰富的信息[1]。

探地雷达法是一种基于电磁波反射波形、振幅等信息来进行勘查的方法，主要应用于地下（或物体内）不可见界面（或目标）的定位与信息获取。在此技术中，采取的设施为合适型号的探地雷达，组成部分包括发射单元、发射天线、接收天线与接收单元以及控制中心、其他附件等。在具体勘查过程中，通过向地下发射频率范围在106～109Hz的高频电磁波，运用接收天线来收集电磁波在介质中传播过程产生的波形、幅度以及相位等变化信息，通过对信息的处理与分析，判定地下介质的具体情况，包括形态、结构、埋藏深度以及空间位置等。

1.2 高密度电法

高密度电法即是高密度电阻率探查技术，该技术是根据岩土介质电阻率存在差异来进行探测的，在具体应用中，需要对探测区域施加电厂，利用专门的设备来检测传导电流的分布与变化情况，然后对岩土性质进行判断。在高密度电法中，可以准确的测量出地面电场变化的相关信息，计算出精确的地表电阻率，提高工程地质勘查的质量。

以工程地质地下水条件的勘查为例，工程区域地质表层为第四系，基岩包括二叠系的泥岩、砂岩以及夹煤层，在勘查中，根据工程实际地形情况，选择在合适位置布置高密度电法的剖面，电极数量设计为120根，测量点的距离不能超过3m，根据测量所得结果，南北向测量剖面的电性保持在相对稳定范围内，较为均匀，未出现异常情况；东西向测量剖面测出现电性异常情况，可判定基岩裂隙中是有地下水存在，导致测量电阻率下降[2]。

1.3 磁法勘查技术

磁法勘探技术依据的原理是岩土矿石都具备一定的磁性，且不同岩土层的磁性不完全相同，在这种磁性下，地区的磁场会出现不同变化，导致地磁异常现象。在磁法勘查中，通过使用相应的探测仪器，地磁的异常情况可以被直接观察到，收集地磁异常的信息，来研究、分析地质的构造，可以得到准确的勘查结果。在当前工程地质勘查中，磁法勘查技术应用较为广泛，具有较为理想的勘查效果，可以将工程地质中的破碎带、基地构造、断裂带等情况准确反映出来，作出相应的工程地质填图。

1.4 反射波勘查技术

反射波勘查技术的原理是不同类型价值对于波的反射也会存在差异，当向地下介质发送反射波时，由于介质的变化，反射波振幅也会出现改变，特别是遇到阻抗较大的介质时，振幅会出现大幅度的降低。在工程地质勘查中，运用反射波勘查技术，可以根据现有的不同材料反射波信息，将其与工程地质实际勘查中反射波数据进行对比，来确定工程地质的具体情况。

1.5 地震勘查技术

地震勘探技术主要有折射波法、反射波法两种，在这两种方法中，其依据的原理是对折射波、发射波形成的时间场在侧线方向上的时空分布规律进行观察，来判定折射面、反射面的岩土性质以及所处的深度等情况，得到勘查结果。在此种勘探技术中，地下不同介质本身在弹性、密度方面是有所不同的，对于地震波的折射、反射作用也有所差异，根据所测得的折射波、反射波信息，可以较为准确的判定地下岩层形态与性质[3]。

相较于其他物探技术而言，地震勘查技术具有较为明显的优势，操作简单、精确度高，可进行数十千米深度下的探测，但也存在一定不足，比如成本较高、勘查结果解释单一等。但随着科学技术的发展，地震勘查技术也得到长足进步，分辨率越来越高，地下构造相关研究更加精密，可以提高对地质性质判断的详细程度与准确性，为工程建设提供可靠依据。

1.6 重力勘查技术

重力勘查技术的原理是根据地壳岩体、矿体在密度上的差异性，通过对地表变化情况的观察，来完成地质勘查工作，其依据的是牛顿万有引力定律，具有精确度高、干扰程度小等优点。在重力勘查技术的实际运用中，需要对勘探地质体与周边岩体密度差异情况有充分了解，通过相应仪器运用，来明确重力异常情况，准确判定工程地质勘查结果。重力勘查技术在当前工程地质勘查中也有着广泛应用，勘查效果显著，可以对地下矿体性质、地质构造等进行准确的判断，工程地质勘查结果较为准确可靠。

2 综合物探技术在工程地质勘查中的应用

综合物探技术的基本原理是通过对地层表面施加外部作用，使其产生振动信号，信号在地层中的传播过程会产生一些面波和体波信号，其中，面波信号包括Love波、Raylegh波，体波则包括横波和纵波。

由于地层中介质并不是完全一致的，介质存在不均匀情况，在这种情况下，信号传播过程中，会出现面波信号频散的情况，其频散规律体现为：①层厚对VR（面波速度）-（f频率）的影响，在厚度发生变化时，根据厚度变化情况，频散曲线拐点位置会移向低频方向；②层速对VR-f的影响，在频率出现变化时，根据勘探深度变化情况，VR会趋近于深度层的层速[4]。

同理，由于地层介质中波的传播速度不一致，在一些特定地层中，体波信号会出现折射或反射情况，其中，如果传播过程中上覆层波速小于下伏层，体波信号会出现明显折射；如果上覆层的波阻抗小于下伏层，体波信号会出现明显反射。其中，在折射波中，又有初至折射波和对比折射波之分，前者跟踪的只是初至区某个界面产生的折射波，辨认较为简单；后者追踪的是初至区和续至区折射波，在实际应用中，需要将两者准确区分开来。折射波存在一些不适用的工程地质，比如薄层、地质速度逆转层等。