地球物理勘探在工程地質勘察中的應用研究

侯建偉

（云南建投第一勘察設計有限公司，云南 昆明 650000）

傳統的工程地質勘察手段主要以地質鉆探、現場原位測試為主，容易受勘察現場的施工條件制約，具有工期長、效率低、勘察信息孤立、投資大等缺點[1，2]。物球物理勘探具有勘察信息豐富、費用低、探測深度大、方便快捷等優點，不僅能大幅度提升勘察效率，也能有效提升勘察質量[3，4]。隨著社會的快速發展，大型工程（地鐵、高鐵、高樓等）的建設愈來愈多[5]，因此對建設場地的勘察質量越來越苛刻，即對勘察深度、勘察廣度、勘察精度的要求也越來越高，因此在工程地質勘察活動中廣泛應用物探技術是未來發展的必然趨勢。

1 地球物理勘探的概念及類型

物球物理勘探簡稱物探，是以巖礦石物理性質差異為基礎的勘探方法。巖礦石的物理性質主要有密度、電性、波速、放射性、磁性等，與此對應的勘探方法有重力勘探、電法勘探、地震勘探、放射性勘探、磁法勘探。在工程地質勘察活動中應用最廣泛的物探方法主要有高密度電法勘探、地質雷達法、淺層地震反射波法勘探等。論文主要對以上在程地質勘察活動中應用最廣泛的物探方法開展應用研究。

2 高密度電法勘探在工程地質勘查中的應用研究

高密度電法勘探在工程地質勘察領域應用最為廣泛，它集電測深法與電剖面法于一體，是一種陣列勘探方法。它于20世紀70年代被提出[6]，是以巖礦石的電阻率差異為基礎的一種物探方法，通常采用解析法求解簡單地電條件的電場分布，與傳統電阻率法相比，具有操作簡便、成本低、探測過程便捷、探測信息豐富、探測結果精確等優點[7]。吳燦燦等[8]基于高密度電法勘探在徐州市建筑場地的應用實例證明了高密度電法勘探能夠有效鎖定基巖面的位置，可為工程建設提供一定的指導意義。王建飛[9]結合高密度電法勘探在云南曲靖危險廢物集中處置區工程地質勘察中的應用實例，認為高密度電法勘探的應用效果良好，在工程地質勘察領域中具有很大的應用潛力。張建鋒等[10]基于高密度電法勘探的特點開展了探測淺部地下水泥管的試驗研究，結果表明高密度電法勘探可以很好地探測出地下空洞的存在。許國禮等[11]基于高密度電法勘探在巖溶勘察及城市管道探測中的應用實例，探討了高密度電法勘探在工程地質領域應用的可行性，認為高密度電法勘探在工程地質勘察中是非常有效的物探方法。尹德強等[12]基于高密度電法勘探在探查坑道、基巖面等方面的應用實例，認為高密度電法勘探對低阻地質異常體反演準確度高，并提出高密度電法勘探在基巖面形態的探測中效果較佳。曾宣源[13]通過對高密度電法勘探在某邊坡巖土工程勘察中實測案例成果的分析，探討了高密度電法勘探在邊坡基巖埋深調查工程中的可靠性。綜上所述，高密度電法勘探在工程地質勘察領域的應用十分廣泛。

3 淺層地震反射波法在工程地質勘察中的應用研究

淺層地震勘探是一種基于人工激發地震波在巖、土介質中的傳播規律，進而推測淺部地下構造或者巖土物理力學參數的勘探方法，可以分為反射波法、折射波法、透射波法[7，14]。淺層地震反射波法具有經濟便捷、快速高效、勘察精度高、勘察豐富等優點，同時亦具有探測深度淺、工作面積小等特點。王志勇等[15]基于常見地質模型的正演模擬與實測記錄對比、復雜地震記錄反射波識別方法與處理方案，并結合兩個應用實例，認為淺層地震反射波法在不良地質體探測方面具有顯著的應用效果。薛強強[16]通過在礦山工程勘察中應用淺層地震反射波法，認為淺層地震反射波法在探測不良地質體方面效果顯著。林承灝等[17]通過在某大型工程場址工程地質勘察中應用淺層地震反射波法，準確查明了場址區隱伏斷裂的空間賦存特征，說明了淺層地震反射波法在隱伏斷裂的探測中能夠取得良好的應用效果。裴輝[18]以北天山2#隧道為例，探討了淺層地震反射波法在巖土工程勘察中的應用，認為淺層地震反射波法勘探在工程地質勘察中越來越發揮著重要的作用。楊銀湖等[19]基于淺層地震反射波法在橋位工程地質勘察中的應用實例，提出淺層地震反射波法勘探可以查清影響橋梁基礎的不良地質因素。綜上所述，淺層地震反射波法勘探主要用于勘察不良地質體。

4 地質雷達法在工程地質勘察中的應用研究

地質雷達是基于地下介質電性參數和幾何形態的差異，根據電磁波在傳播過程波形和電磁場強度的變化規律，進而確定地下界面或地質體的空間位置和地下介質的結構[7，20，21]。地質雷達法具有無損、便捷、受周邊環境制約較小等優勢。王延輝等[22]通過地質雷達技術在市政工程勘察中的應用研究，認為地質雷達技術具有很好的應用價值。荊智輝[23]基于地質雷達的工作原理，對巖土工程中地質雷達勘察技術開展了分析，認為地質雷達可以為施工提供有價值的參考消息。王慶學[24]通過地質雷達在城市地下巖溶探測中的應用，圈定了溶洞位置，后經鉆探驗證，發現地質雷達探測結果是可靠的，說明了地質雷達可以準確探測埋深較淺區域的巖溶發育情況。郭佳豪等[25]將地質雷達用于千島湖配水工程金竹牌-進水口支洞段進場道路隱伏巖溶探測，為后續施工提供了參考。李婕結合地質雷達在公路路基溶洞探測中的應用實例，認為無論公路路基的巖溶是否有充填，地質雷達均可取得較好的勘察效果。

5 綜合物探在工程地質勘察中的應用研究

在工程地質勘察中聯合運用兩種或多種物探方法并開展綜合研究可以有效提升物探成果的可靠性。王文峰聯合介紹了高密度電阻率法、淺層地震反射波法、地質雷達特點，并對其在工程勘察中的應用進行相關研究。胡曉光等對綜合物探工作進行了探索，并總結了物探工作在工程地質勘察中的應用特點。項守龍等基于4個綜合物探技術的工程勘察實例，探討了不同物探方法組合在工程地質勘察中的作用及應用效果。趙杰華等以貴州鎮寧至勝境關高速公路某巖溶段為研究區域，應用地質雷達、高密度直流電法、地震映像法等，有效提高了勘察成果的準確性。劉壘等[2]通過聯合運用高密度電法、地震反射波法，不僅找到了區域基巖面位置，還發現了潛在的富水性異常區域。白文勝基于瞬變電磁法及高密度電阻率法綜合物探在長大隧道巖土工程勘察中的應用，認為綜合物探技術在工程勘察中的應用頻率越來越高。綜上所述，每種物探方法各有優缺點及相應適應條件，聯合運用兩種或多種物探方法并開展綜合研究可以有效提升物探成果的可靠性。

6 結論

本文對地球物理勘探的概念和類型進行了概述，并對在工程地質勘察活動中應用最廣泛的物探方法進行了應用研究，結果顯示：①在工程地質勘察活動中應用最廣泛的物探方法主要有高密度電法、地質雷達法、淺層地震反射波法勘探。②高密度電法具有操作簡便、成本低、探測過程便捷、探測信息豐富、探測結果精確等優點，在工程地質勘察領域的應用頻率最高。淺層地震反射波法具有經濟便捷、快速高效、勘察精度高、勘察豐富等優點，主要用于勘察不良地質體。③每種物探方法各有優缺點及相應適應條件，在工程地質勘察中聯合運用兩種或多種物探方法并開展綜合研究可以有效提升物探成果的可靠性。