物探應(yīng)用在勘察中的重要性

胡丹婷

蘇交科華東（浙江）工程設(shè)計有限公司

摘要：物探是工程勘察中非常重要的一環(huán)，能夠彌補其他普通勘察方法（鉆探等）的缺點，該文介紹了物探在各種勘察條件下的應(yīng)用方法，說明了物探在勘察中的重要性，介紹各個方法的優(yōu)缺點，并分析了物探未來的發(fā)展前景。

工程勘察是工程建設(shè)的首要環(huán)節(jié)，是能滿足現(xiàn)代工程建設(shè)規(guī)劃、設(shè)計、施工、綜合治理等過程安全經(jīng)濟的前提和保證。勘察方法有鉆探、槽探、探井、洞探以及物探。鉆探是能夠獲取地下巖土信息的直觀方法，但巖樣從鉆孔中取出后，缺失巖芯的原狀信息，也無法觀察獲得鉆孔中的斷裂和產(chǎn)狀等重要信息，更加無法準確感知地下巖體的裂隙、巖脈和溶洞發(fā)育情況。鉆探的缺點將會導(dǎo)致工程的穩(wěn)定性分析出現(xiàn)差錯，而穩(wěn)定性分析是許多特殊情況或者大中型工程的重中之重。而槽探、探井、洞探等方法容易受到自然地質(zhì)條件的限制。物探彌補了這些勘察方法的短板，在許多特殊情況例如水中、隧道中、巖溶地區(qū)也能有合適的物探方法來探測工程的更為直觀、準確的巖土信息情況，給工程施工設(shè)計提供了更有效的資料，提高地質(zhì)勘測的整體水平，更重要的是能夠避免工程事故發(fā)生從而減少造成經(jīng)濟損失、降低安全損害。

物探的全稱為地球物理勘探，即利用先進的儀器及技術(shù)檢測不同的地球物理場的變化、分布情況，將檢測數(shù)據(jù)與均質(zhì)條件下的物理場進行比較，從而從這些差異中發(fā)現(xiàn)地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造等地質(zhì)條件。物探的分類方法有很多，其中根據(jù)探測物參數(shù)不同可分為重力勘探、磁法勘探、電法勘探、地震、地溫勘探、放射性勘探6種方法。因此，物探不僅在地質(zhì)勘察中有著很重要的作用，例如提供更為精確的情況和數(shù)據(jù)，減少勘探工作的工作量減少不必要的資源浪費，還是探明和發(fā)現(xiàn)油氣儲量的重要手段，甚至在地質(zhì)災(zāi)害、考古等方面的勘察都有著重要的作用。

一、物探在不同環(huán)境情況下采用的方法

（一）適用在水中探測的物探方法

由于經(jīng)濟、科技的進步，為了促進地區(qū)經(jīng)濟、改善交通等目的，啟動了非常多的水域項目工程，這些工程施工作業(yè)都將遇到需要探測水底地質(zhì)構(gòu)造、了解水下管線、避免水底地質(zhì)災(zāi)害等問題。工程項目的安全重要等級都是非常高，需要更加準確直觀的資料，避免造成重大工程事故。主要的探測方法為水域磁測、淺層剖面、側(cè)掃聲吶、海洋小多道地震高精度探測等，這幾種方法都有不同的局限性和適用性。

1、水域磁測

通過自然界的各種物質(zhì)的磁異常現(xiàn)象，即在地球天然磁場磁化作用下都擁有相對天然磁場分布而言不一樣的磁場，利用專門的儀器來判斷出物體在空間中的分布情況（例如傾向、大小、埋深、產(chǎn)狀等）。能夠避開強干擾又能壓制弱干擾是選擇磁測方法的原則。這種方法通常是用于探明海底鐵質(zhì)或水泥質(zhì)的具有強磁性的障礙物，避免障礙物對施工安全造成威脅。

2、淺層剖面

淺層剖面是一種高精度的聲學(xué)探測技術(shù)，運用水聲學(xué)原理：利用發(fā)射機儀器發(fā)射電脈沖，在遇到不同介質(zhì)的分界面的時候會產(chǎn)生散射或反射現(xiàn)象，通過儀器接收到這些信號然后通過一系列數(shù)字化處理分析探測出水底地層構(gòu)造。可以運用在地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查（例：海底滑坡、坍塌、基巖淺埋等）、探測海底障礙物、區(qū)域地質(zhì)普查、天然氣水合物資源勘查等。缺點是穿透地層深度能力差，當深度超過海底50m以上時存在精度不達標的情況。

3、側(cè)掃聲吶

側(cè)掃聲吶的原理有一些類似淺層剖面，利用專門的探頭發(fā)射聲吶信號，信號在到達水底后會產(chǎn)生反射和散射現(xiàn)象，用接收器接收聲吶信號，通過分析探測出水底的地貌情況，水中沉船和水底表面可能出現(xiàn)的物體。

4、海洋小多道地震高精度探測

彌補了淺層剖面的缺陷，對海底以下50～1000m深度范圍內(nèi)能夠進行精度探測。探測系統(tǒng)由地震儀、震源、高壓電源、采集電纜及導(dǎo)航定位系統(tǒng)組成，利用震源產(chǎn)生的地震波從水下地層反射至接收器處，經(jīng)儀器處理，將數(shù)據(jù)記錄在存儲介質(zhì)上，進行后續(xù)處理解釋工作。

（二） 適用在巖溶地區(qū)探測的物探方法

又稱為喀斯特地貌，由有溶蝕力的水對可溶性巖石（例如碳酸鹽巖、巖鹽等）進行物理化學(xué)溶蝕作用而形成的，巖溶地區(qū)分布占全球總面積的10%，因此對于巖溶地區(qū)的勘察十分重要。巖溶地區(qū)的巖石起伏變化很大，巖石結(jié)構(gòu)產(chǎn)狀沒有規(guī)律，同時表面的巖層十分破碎，普通的鉆探勘察技術(shù)沒有辦法準確反映地層情況，極易導(dǎo)致設(shè)計施工過程反復(fù)，增加經(jīng)濟成本，同時巖溶地區(qū)容易產(chǎn)生地質(zhì)災(zāi)害給施工安全帶來隱患。所以巖溶地區(qū)的勘察工作在鉆探的基礎(chǔ)上還要輔以物探，兩者缺一不可。

1、電磁波計算機層析成像（CT）技術(shù)

利用巖溶發(fā)育的巖石與完整灰?guī)r對電磁場的吸收情況不同的物性，來探測出低阻異常的溶洞等，采用計算機層析成像技術(shù)對孔間電磁波吸收系數(shù)進行處理成像（電磁CT技術(shù)需要將孔距控制在50m以內(nèi)）。

2、高密度電法

全稱為高密度電阻率法，同時采用電阻率剖面和電阻率測深法兩種方法，能夠采集大量數(shù)據(jù)，因此觀測精度高。利用地層中巖石的電阻率存在差異的特性，在兩極向地下通電，測量另兩極的電位差，用電位差計算出視電阻率值，經(jīng)過計算、處理、分析等進行地層劃分、得出物探資料。高密度電法能夠快速進行數(shù)據(jù)采集和處理，提高了工作效率，減少了成本。缺點是高密度電法的資料分析受資料解釋人員影響，需要多次調(diào)整。

（三）適用在隧道勘察的物探方法

為了滿足經(jīng)濟高速發(fā)展的需求，地面交通的需求也逐漸增大，隧道建設(shè)愈發(fā)普遍，但是由于自然條件的復(fù)雜情況，工程場地錯綜復(fù)雜的地形，在施工過程中非常容易遇到坍塌、透水等嚴重問題，適合的物探方法能夠地在隧道地質(zhì)勘察中為設(shè)計提供準確有效的數(shù)據(jù)資料，降低成本，避免施工過程產(chǎn)生安全隱患。

1、大地電磁測深法

利用高空垂直入射的的天然交變電磁波（10-3-103Hz）為激勵場源，在地面使用儀器測量5個分量的電磁場，通過在地表觀測相互正交的電場和磁場來研究地下介質(zhì)電性結(jié)構(gòu)的一種地球物理勘探方法。大地電磁測深法優(yōu)點很多：探測深度大、不受高阻層屏蔽、分辨能力強、經(jīng)濟、便于戶外攜帶。

2、地震折射波法

通過檢測人工產(chǎn)生的地震波在地下介質(zhì)中傳播的速度情況，當下層介質(zhì)的波速大于上層介質(zhì)波速以及入射角等于臨界角的情況下，地震波會產(chǎn)生折射波，被檢測儀器接收，通過計算傳播時間就可得出折射界面的埋藏深度、隧道圍巖等級等數(shù)據(jù)。

3、高密度電法

由于隧道的地形條件限制，隧道勘探過程中常使用高密度電法，具體原理已在2.2章節(jié)中描述。高密度電法能夠較為容易地查明構(gòu)造和破碎帶的特征 ，彌補了地震折射波法的缺陷。該兩種方法結(jié)合，能夠為勘察取得更好的結(jié)果，能夠相互驗證，減少設(shè)計中的不確定性。

二、結(jié)語：

物探因其技術(shù)先進，不會對探測對象造成損傷，能夠降低施工探測成本和時間，測試范圍廣，能夠全面、真實、客觀的反映巖土工程現(xiàn)場的各種地質(zhì)狀況，使勘察結(jié)果更加深入、細致以及精確等優(yōu)點逐漸廣泛應(yīng)用在勘察過程中，成為工程地質(zhì)勘察中的重要一環(huán)。目前來看，物探技術(shù)的發(fā)展空間十分廣闊，市場的巨大需求和先進計算機科技進步，將會帶動物探技術(shù)走向一個新的高度。

每種勘察方法都有其各自的優(yōu)缺點，有自己的局限性，使用單一的物探方法很難精確查明地質(zhì)情況，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，工程場地的條件也越發(fā)復(fù)雜，應(yīng)該根據(jù)工程的實際情況采用適合的綜合物探方法，幾種物探方法相互驗證，取長補短，給勘察工程更為精確的地質(zhì)資料和數(shù)據(jù)。

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