地球物理勘探在工程地質勘察中的應用

杜恒

摘 要：現階段，在社會經濟快速發展的背景下，人們生活中所需要的資源數量和種類越來越多。但是，當前我國能夠使用的自然資源相對不多，要想有效滿足廣大居民的生活需求，需要全面提高對生態資源的勘察效率。對于工程地質勘察項目而言，地球物理勘探是十分關鍵的一種手段。為了確保地球物理勘探工作的有效實施，務必圍繞物理勘探技術開展深入的研究，使其應用優勢得以充分體現，為我國未來有效資源的開發和利用提供一定的保障。

關鍵詞：地球物理勘探;工程地質勘察;地質雷達勘探;電法勘探

中圖分類號：P631;TU195 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）31-0136-03

Application of Geophysical Exploration in Engineering

Geological Exploration

DU Heng

（The Third Exploration Team of Anhui Coalfield Geology Bureau， Suzhou Anhui 234000）

Abstract： At this stage， with the rapid development of social economy， people need more and more resources in their life. However， at present， there are relatively few natural resources that can be used in China. In order to effectively meet the living needs of the majority of residents， it is necessary to comprehensively improve the effectiveness of the exploration of ecological resources. For engineering geological exploration projects， geophysical exploration is a very key means. In order to ensure the effective implementation of geophysical exploration， it is necessary to carry out in-depth research around physical exploration technology， so as to fully reflect the technical implementation advantages of its application， and provide a certain guarantee for the development and utilization of effective resources in China in the future.

Keywords：geophysical exploration;engineering geological survey;geological radar exploration;electrical prospecting

過去的工程地質勘察模式主要為地質鉆探和現場原位測試，較易受到勘測現場作業條件的影響，通常存在作業期較長、工作效率較低及項目成本較大等問題。而地球物理勘探具備勘測數據完整、成本較低以及簡易便捷等應用優勢，不僅可以顯著提高勘探效率，還可以切實提高勘測質量。在社會高速發展的背景下，大型建設項目逐漸增多，對項目建設場地的勘測質量提出了更高要求，尤其是在工程探測深度、廣度及精密度等方面。所以，對于工程地質勘察而言，全面運用地球物理勘探技術屬于今后發展的重點趨勢。

1 地球物理勘探技術概述

1.1 地球物理勘探技術的定義

地球物理勘探技術也被稱作工程地球物理勘探技術，屬于相對有效的勘察技術之一[1]。由于該技術在具體實施環節能夠使人們獲取精確的質量分析數據和理想的運用成果，因此被大范圍運用于各種工程地質勘測項目中。地球物理勘探技術對新時期經濟的發展與工程地質建設具備較大的應用價值，在資源開發、環境改善等領域也發揮著重要作用。這項技術是基于不同地質體的物性差異，利用各種類型的儀器設備與差異化的探測工藝開展勘察測量。地球物理勘探憑借儀器設備實施監測，獲取的結果具備更高的精確性。

1.2 地球物理勘探技術的實施原理

地球物理探測技術主要利用各類物體之間的密度差異和放射性差異，結合地球物理的原理，使用各類物理勘探設備測量相關工程物理場。目前，我國開展工程地質勘察工作的關鍵技術是電子技術。在實際開展工程地質勘察工作期間，精確性較高的電子設備屬于應用相對廣泛的物理探測裝置。此類設備能夠對各種信號進行采集并成像，從而獲得精確的、立體的分析數據，輔助人們深入分析、定量研究相關地理數據信息[2]。

2 地球物理勘探的特點及應用原則

2.1 地球物理勘探的特點

相關實踐研究表明，地球物理勘探的特點具體表現在以下幾個方面。一是勘探深度較淺。實施地球物理勘探的過程中，一般需要有效把控勘探深度，通常不能超出100 m。二是勘探精密度較高。在應用地球物理勘探技術的過程中，建設單位會將探測結果的精密度把控在厘米范圍內，通過各項物理探測手段切實達成此目標。三是須進行多方法應用。因工程施工地質環境不斷變化，不同工程物探地質的地震波長、地場及磁場等也存在不同，通常物探會應用多類方式，通過全方位勘察分析不同地質構造的物理狀況[3]。

2.2 地球物理勘探的應用原則

2.2.1 已知指導未知原則。在規劃地球物理勘探工作的過程中，務必遵守從已知到未知、從點到面、從簡單到復雜的應用原則。必須全面運用該地區現有的各項地質數據，科學選用各項技術參數，構建地球物理模型，準確收集表面的地球物理信息資料，為信息處理、數據分析及結果推測等環節提供可靠的參考。所以，在規劃地球物理勘探工作前，務必仔細采集、研究并運用區域內現有的地質資料。

2.2.2 綜合大信息量原則。事實上，地質土體和周圍巖石介質之間在較大程度上存在各類物理性質方面的差異。所以，可以利用各種地球物理勘探技術，有效獲得引發異常的地質土體參數。根據各種物理性質差異所形成的大量數據資料，科學、全面地分析并研究地質土體的產生特性與構成條件，在一定程度上可以避免地球物理勘探異常的多解性，有助于提高地球物理勘探數據解釋成果的可靠性和準確率。

3 地球物理勘探在工程地質勘察中的應用

3.1 地質雷達勘探

地質雷達以地下介質電性參數與幾何形態的不同為基礎，依據電磁波傳播環節波形與電磁場強度的變動規律，確定地下界面或地質體的空間位置和地下介質的結構。地質雷達勘探以超高頻電磁波作為探測場源，由一個發射天線向地下發射具有一定中心頻率的無載波電磁脈沖波，另一天線接收由地下不同介質界面產生的反射回波，從而勘探地下目的體的結構和位置信息，原理如圖1所示。

地質雷達具備方便快捷、受周圍環境影響較小等優點。以地質雷達的運行原理為基礎，對土質工程中地質雷達勘探技術進行深入研究，可以發現地質雷達能夠獲取有效的參考信息。除此之外，在城市地下巖溶勘探工作中有效運用地質雷達技術，能夠確定溶洞的具體位置，并通過鉆探方式進行驗證，說明地質雷達可以準確探測埋深較淺區域的巖溶發育情況，為后續施工提供參考。

3.2 電法勘探

電法勘探實際上是觀察勘探目標的電阻率和深層變化，進而圍繞地層隨地質深度變化表現出的巖層分布規律開展研究，有利于全面掌握地質構造的種類。在實際開展工程地質勘察工作的過程中，電法勘探以供電電極差距差異性為基礎，最終目標是獲得差異深度的地質巖層信息數據，能夠體現差異電阻率巖層水平分布情況，確保地下水開發的科學性與建設材料選用的專業性。電法勘測具有廣闊的運用前景，有效推動了工程地質勘測領域的可持續發展。

3.3 地震勘探

地震勘探技術實際上就是采用人工制作的彈性波，對地球土層和土層核心構造形態進行勘測的一種勘探技術。地震勘探在地表以人工方法激發地震波，在向地下傳播時遇有介質性質不同的巖層分界面，地震波將發生反射與折射。在地表或井中用檢波器接收這種反射波，再通過記錄和分析地震反射波，推斷地下巖層的性質和形態，原理如圖2所示。

這種由人工激發的彈性波，核心特點是可以在地球地殼內開展規律化傳播。事實上，此彈性波是炸藥爆破后形成的地震波之一。爆破帶來的影響與巖土層本身產生的形變將促使巖層彈性構造發生改變。隨著時間的推移，巖石彈性結構會逐漸恢復至原先形態。這一過程中，震源結構中的地震震點也會隨著彈性結構的變化而變化。在整個變化過程中，這都與其涉及的質點具有顯著聯系，這是由于在地震波的形成過程中質點移動屬于主要原因。

3.4 重力勘探

圍繞土體開展研究能夠發現，差異密度土體的局部重力通常存在較大區別，所以需充分參考重力加速值的實際區別，精確判定地殼礦體與土體密度的實際情況。在具體實施重力勘探技術的過程中，需要以萬有引力為核心，合理運用高境地重力勘探儀器，圍繞大面積孔洞開展勘探，同時可以科學研究工程地質相關信息內容。此外，還能夠對重力形成的非正常情況進行研究與確認，充分參考研究結果，有效判斷地下土體和土層不同的密實度狀況，最后達成對各項潛藏數據信息的精準識別，有效進行對工程地質實際結構狀況的專業分析[4]。

3.5 瞬變電磁勘探

瞬變電磁勘探技術的主要工作原理是通過接地線或是不接地電源將一個電場送至地下，在一次脈沖磁場間歇期間，運用線圈、接地電極觀察地下介質內部引發的二次感應渦流場，進而針對介質電阻率進行檢測。瞬變電磁法還能夠有效識別地下電性分界面，由實測或理論模型數據求出磁感應強度微分參數，計算反射系數，從而繪制成剖面圖。由圖3可看出，在地下深度為100 m和200 m處分別出現了一個電性分界面。由圖4可知，在地下深度為500 m處出現電性分界面。可見，圖3和圖4可直觀劃分地下介質電性分層情況。

瞬變電磁勘探屬于直接探測純二次場的勘察方式，因此有效防止了一次場所造成的影響。由此可見，瞬變電磁勘探技術具備勘測深度較大、橫向分辨率較高以及體積效應較小等優點。近幾年，瞬變電磁勘探技術被應用于探測低阻覆蓋層下的良導電地質，也用來確定水文地質構造類型和在沖擊層地區估算基層的埋深和地下水位。總的來說，瞬變電磁勘探技術具備強大的應用優勢，在我國工程地質勘察項目中發揮著十分重要的作用[5]。

4 結語

對于國內的工程地質勘察領域而言，地球物理勘探具有十分重要的應用意義。在正式進入工程地質勘察環節時，憑借各種地球物理勘探技術能夠獲取理想的勘察成果。可見，地球物理勘探技術的應用成果實際上是工程地質研究工作的基礎，同時與分析、生產等緊密相連。在具體實施工程地質勘察的過程中，技術實施人員需要依據相應信息的研究成果，合理挑選差異化物理探測設備，運用針對性的技術手段，保證工程順利進行，最大限度地保證工程地質勘察結果的真實性，為工程建設提供助益。

參考文獻：

[1]周冠一.地球物理勘探技術現狀與發展[J].世界有色金屬，2019（13）：183.

[2]謝金偉.地球物理勘探在工程地質勘察中的應用[J].工程技術研究，2019（7）：74-75.

[3]蔡偉濤，屈建余.基于地質工程的地球物理勘探技術專業之內涵建設[J].世界有色金屬，2018（23）：253.

[4]陶柳.地球物理勘探在工程地質勘察中的應用研究[J].中國金屬通報，2020（9）：160-161.

[5]張宗軍，吉虎.地球物理勘探在工程地質勘察中的應用[J].工程技術研究，2018（9）：128-129.