物探技術在工程地質勘查中的應用

譚方玉

（貴州省有色金屬和核工業地質勘查局物化探總隊 貴州省都勻市 558000）

在工程施工開始之前，都需要先對施工區域的地質情況進行全面了解，為后續施工提供可靠依據，以確保工程施工的順利和安全。地質情況的了解是通過地質勘查來完成的，需要應用相應的技術手段，也就是物探技術，所以，加強對物探技術的掌握，提高物探技術應用水平，對工程建設的發展有著重要作用。

1 工程地質勘查中常用的物探技術概述

1.1 電磁法

電磁物探技術有多種，其依據都是電磁學相關理論，常用的主要有瞬變電磁法和探地雷達法。其中，瞬變電磁法也被稱為時間域電磁法，其技術原理的基礎是電磁感應定律，具體為發射圈內通過人為方式施加脈沖電流，產生瞬變電磁場，在磁場從地表傳播到地下深處的過程中，會出現渦流場，在脈沖磁場的間歇期內，二次渦流場可以借助接地電極、線圈等進行觀測，從而測定介質的電阻率，分析介質的性質。瞬變電磁法的優點主要體現為操作簡單、探測效率高，對于低阻地質體具有較高的靈敏性，不會受到地形的影響，分辨率較高，可以同時完成深度探測與剖面測量，能夠為工程地質勘查提供更豐富的信息[1]。

探地雷達法是一種基于電磁波反射波形、振幅等信息來進行勘查的方法，主要應用于地下（或物體內）不可見界面（或目標）的定位與信息獲取。在此技術中，采取的設施為合適型號的探地雷達，組成部分包括發射單元、發射天線、接收天線與接收單元以及控制中心、其他附件等。在具體勘查過程中，通過向地下發射頻率范圍在106～109Hz的高頻電磁波，運用接收天線來收集電磁波在介質中傳播過程產生的波形、幅度以及相位等變化信息，通過對信息的處理與分析，判定地下介質的具體情況，包括形態、結構、埋藏深度以及空間位置等。

1.2 高密度電法

高密度電法即是高密度電阻率探查技術，該技術是根據巖土介質電阻率存在差異來進行探測的，在具體應用中，需要對探測區域施加電廠，利用專門的設備來檢測傳導電流的分布與變化情況，然后對巖土性質進行判斷。在高密度電法中，可以準確的測量出地面電場變化的相關信息，計算出精確的地表電阻率，提高工程地質勘查的質量。

以工程地質地下水條件的勘查為例，工程區域地質表層為第四系，基巖包括二疊系的泥巖、砂巖以及夾煤層，在勘查中，根據工程實際地形情況，選擇在合適位置布置高密度電法的剖面，電極數量設計為120根，測量點的距離不能超過3m，根據測量所得結果，南北向測量剖面的電性保持在相對穩定范圍內，較為均勻，未出現異常情況；東西向測量剖面測出現電性異常情況，可判定基巖裂隙中是有地下水存在，導致測量電阻率下降[2]。

1.3 磁法勘查技術

磁法勘探技術依據的原理是巖土礦石都具備一定的磁性，且不同巖土層的磁性不完全相同，在這種磁性下，地區的磁場會出現不同變化，導致地磁異常現象。在磁法勘查中，通過使用相應的探測儀器，地磁的異常情況可以被直接觀察到，收集地磁異常的信息，來研究、分析地質的構造，可以得到準確的勘查結果。在當前工程地質勘查中，磁法勘查技術應用較為廣泛，具有較為理想的勘查效果，可以將工程地質中的破碎帶、基地構造、斷裂帶等情況準確反映出來，作出相應的工程地質填圖。

1.4 反射波勘查技術

反射波勘查技術的原理是不同類型價值對于波的反射也會存在差異，當向地下介質發送反射波時，由于介質的變化，反射波振幅也會出現改變，特別是遇到阻抗較大的介質時，振幅會出現大幅度的降低。在工程地質勘查中，運用反射波勘查技術，可以根據現有的不同材料反射波信息，將其與工程地質實際勘查中反射波數據進行對比，來確定工程地質的具體情況。

1.5 地震勘查技術

地震勘探技術主要有折射波法、反射波法兩種，在這兩種方法中，其依據的原理是對折射波、發射波形成的時間場在側線方向上的時空分布規律進行觀察，來判定折射面、反射面的巖土性質以及所處的深度等情況，得到勘查結果。在此種勘探技術中，地下不同介質本身在彈性、密度方面是有所不同的，對于地震波的折射、反射作用也有所差異，根據所測得的折射波、反射波信息，可以較為準確的判定地下巖層形態與性質[3]。

相較于其他物探技術而言，地震勘查技術具有較為明顯的優勢，操作簡單、精確度高，可進行數十千米深度下的探測，但也存在一定不足，比如成本較高、勘查結果解釋單一等。但隨著科學技術的發展，地震勘查技術也得到長足進步，分辨率越來越高，地下構造相關研究更加精密，可以提高對地質性質判斷的詳細程度與準確性，為工程建設提供可靠依據。

1.6 重力勘查技術

重力勘查技術的原理是根據地殼巖體、礦體在密度上的差異性，通過對地表變化情況的觀察，來完成地質勘查工作，其依據的是牛頓萬有引力定律，具有精確度高、干擾程度小等優點。在重力勘查技術的實際運用中，需要對勘探地質體與周邊巖體密度差異情況有充分了解，通過相應儀器運用，來明確重力異常情況，準確判定工程地質勘查結果。重力勘查技術在當前工程地質勘查中也有著廣泛應用，勘查效果顯著，可以對地下礦體性質、地質構造等進行準確的判斷，工程地質勘查結果較為準確可靠。

2 綜合物探技術在工程地質勘查中的應用

綜合物探技術的基本原理是通過對地層表面施加外部作用，使其產生振動信號，信號在地層中的傳播過程會產生一些面波和體波信號，其中，面波信號包括Love波、Raylegh波，體波則包括橫波和縱波。

由于地層中介質并不是完全一致的，介質存在不均勻情況，在這種情況下，信號傳播過程中，會出現面波信號頻散的情況，其頻散規律體現為：①層厚對VR（面波速度）-（f頻率）的影響，在厚度發生變化時，根據厚度變化情況，頻散曲線拐點位置會移向低頻方向；②層速對VR-f的影響，在頻率出現變化時，根據勘探深度變化情況，VR會趨近于深度層的層速[4]。

同理，由于地層介質中波的傳播速度不一致，在一些特定地層中，體波信號會出現折射或反射情況，其中，如果傳播過程中上覆層波速小于下伏層，體波信號會出現明顯折射；如果上覆層的波阻抗小于下伏層，體波信號會出現明顯反射。其中，在折射波中，又有初至折射波和對比折射波之分，前者跟蹤的只是初至區某個界面產生的折射波，辨認較為簡單；后者追蹤的是初至區和續至區折射波，在實際應用中，需要將兩者準確區分開來。折射波存在一些不適用的工程地質，比如薄層、地質速度逆轉層等。

3 結語

綜上所述，在近些年來，物探技術發展迅猛，在工程地質勘查中發揮著越來越加重要的作用，在多種物探技術中，其依據的原理有所差異，主要有重力、電磁、地震波等等，掌握不同物探技術的具體特點，根據工程地質勘查需求的差異，選擇合適的物探技術并將其正確運用，對提高工程地質勘查質量有著重要幫助。

[1]芮煜理，王文濤.工程地質勘查中物探技術的應用研究[J].江西建材，2016（17）：239+241.

[2]劉華龍.工程地質勘查中物探技術的應用研究[J].民營科技，2016（01）：10.

[3]呂新，馬廣龍.物探技術在工程地質勘查中的應用[J].科技傳播，2012，4（20）：116.

[4]李少金.試論綜合物探技術在地質勘查中的應用[J].黑龍江科技信息，2012（03）：110.