物探技術(shù)在工程地質(zhì)勘察中的應(yīng)用

高祖有

（中國有色金屬工業(yè)昆明勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，云南 昆明 650051）

物探技術(shù)隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展也不斷提升，物探技術(shù)在不斷發(fā)展歷程中，逐漸形成一個(gè)繁多、龐大而完整的科學(xué)體系，數(shù)學(xué)、物理的各個(gè)分支都滲透到這個(gè)領(lǐng)域之中。物探技術(shù)相較于其他勘查方法，具有透視性、效率高、條件性等特點(diǎn)，如何更好的利用物探技術(shù)本身的優(yōu)勢應(yīng)用于工程地質(zhì)的勘察中，是本文要探討的問題。總之物探技術(shù)工作的最終目的是通過得到地下物質(zhì)體物性信息，分析解釋出地質(zhì)結(jié)論、地質(zhì)成果。

1 物探技術(shù)概述

物探技術(shù)即地球物理勘探技術(shù)，物探技術(shù)采用不同的物理方法和物探儀器探測天然或者人工的地球物理場變化，能夠?qū)Y源利用采取可行的方案以及進(jìn)行有效的環(huán)境保護(hù)。物探技術(shù)在相關(guān)技術(shù)不斷發(fā)展的過程中，不斷在相關(guān)領(lǐng)域進(jìn)行技術(shù)突破，打破了以往傳統(tǒng)的勘探技術(shù)并且更加廣泛的應(yīng)用于工程地質(zhì)勘察中[1]。目前主要的物探方法有：重力勘探、磁法勘探、電法勘探、地震勘探、放射性勘探等，依據(jù)工作空間的不同，又可分為：地面物探、航空物探、海洋物探、井中物探等。地質(zhì)體或者地質(zhì)構(gòu)造通過物理現(xiàn)象的表現(xiàn)形式反映出物探方法解釋推斷的一個(gè)結(jié)果，是間接的一種物探方法。地球物理勘探儀器的發(fā)展趨向是更加輕便化、多功能化、數(shù)字化和智能化。

2 工程地質(zhì)勘察概述

工程地質(zhì)勘察的任務(wù)總體上是勘察出一定程度上符合工程建設(shè)規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工的可靠地質(zhì)條件，以合理有效利用自然和地質(zhì)條件，對不利的地質(zhì)因素進(jìn)行及時(shí)勘察，保障建筑物的安全和建設(shè)條件[2]。勘察的總體任務(wù)可以歸納為：選擇地質(zhì)條件優(yōu)越的建筑場地，核實(shí)它的地質(zhì)條件；對場地內(nèi)地質(zhì)條件進(jìn)行勘察，排除崩塌、滑坡、巖溶等地質(zhì)物理現(xiàn)象；對地基巖石的巖石年代、巖石特性、地質(zhì)構(gòu)造等進(jìn)行勘察；地下水的類型、水質(zhì)、埋深以及分布的變化勘察；防范措施的提出和處理方法。對于工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)的不同階段，勘察工作也分為了幾個(gè)階段，目的是逐步對復(fù)雜或者特殊的地質(zhì)條件進(jìn)行施工勘察，給出合理的勘察方案[3]。

3 物探技術(shù)在工程地質(zhì)勘察中的重要意義

工程實(shí)踐的大量證明，物探技術(shù)對于工程地質(zhì)勘探過程中的技術(shù)運(yùn)用和地質(zhì)勘察具有實(shí)際意義。第一，地球物理探測技術(shù)對比較有特點(diǎn)的地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行最大范圍的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)察、預(yù)報(bào)、防災(zāi)減災(zāi)等工作，能夠較準(zhǔn)確得對相應(yīng)的應(yīng)對措施進(jìn)行指導(dǎo)。第二，地球物理探測技術(shù)對工程實(shí)施當(dāng)中的預(yù)防災(zāi)害措施提供相應(yīng)的技術(shù)保障措施，同時(shí)建立一定的災(zāi)害超前預(yù)警，對公共安全進(jìn)行保障，保護(hù)我們的生存區(qū)域的安全。第三，在水文地質(zhì)探測中，運(yùn)用地球物理方法可以對水文地質(zhì)特征進(jìn)行間接判斷，能夠很快的控制測區(qū)樣貌，對水文地質(zhì)勘探工程的設(shè)計(jì)與施工進(jìn)行向?qū)А５谒模谖镔|(zhì)災(zāi)害勘察設(shè)計(jì)方面，運(yùn)用地球物理方法可以對區(qū)域地質(zhì)環(huán)境條件進(jìn)行重點(diǎn)調(diào)查。在水文和物質(zhì)災(zāi)害勘察設(shè)計(jì)方面的作用都是其他勘查技術(shù)不能達(dá)到的一種效果[4]。

地球物理探測技術(shù)對于工程建設(shè)的速度和效率有明顯的助推作用之外，還能對于工程的質(zhì)量和安全起到保障的作用，從而對人類社會的經(jīng)濟(jì)變化、文化發(fā)展等產(chǎn)生積極影響。對工程質(zhì)量的影響和對隱性地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行勘察都是物探技術(shù)的重要工作內(nèi)容，運(yùn)用得當(dāng)對發(fā)揮物探技術(shù)的優(yōu)勢具有重要意義，同時(shí)有利于構(gòu)建公共安全體系，以此來保障我們生存空間的安全[5]。

4 物探技術(shù)在工程地質(zhì)勘察中的應(yīng)用

4.1 物探技術(shù)作用于地質(zhì)勘察的兩項(xiàng)任務(wù)

工程地質(zhì)勘察中有兩項(xiàng)需要物探技術(shù)完成的任務(wù)：第一個(gè)是探測基巖層的埋深、產(chǎn)狀和性質(zhì)，基巖層的埋深就是覆蓋層的厚度，就是基巖巖性的地質(zhì)填圖（地質(zhì)填圖是礦產(chǎn)普查和勘探中的一種基本工作方法，即對礦區(qū)進(jìn)行系統(tǒng)的地質(zhì)觀察），對于勘探基巖層往往采用電測深或者淺層折射法來探測。電測深這種方法是通過逐漸加大電極的供電方式，作用于地面的一個(gè)測深點(diǎn)上，以此對這個(gè)測深點(diǎn)底下的不同深度的地質(zhì)情況進(jìn)行斷面判斷；淺層折射方法是對地震和地震折射的波形進(jìn)行檢測測出風(fēng)化層的速度和厚度。第二個(gè)就是檢測斷層的趨勢、物理特性和距離，這個(gè)過程的勘察使用的是電剖面法或者淺層這設(shè)法來查明斷層，對隱伏斷層進(jìn)行速度填圖，電剖面法主要勘察巖溶裂隙、溶洞和暗河；運(yùn)用無線電透視波或者透視聲波法于井中勘探。并且勘探方法在一定條件下能夠給斷層運(yùn)動(dòng)的特性分析出來間接的基礎(chǔ)證據(jù)[6]。

4.2 物探技術(shù)作用于環(huán)境工程地質(zhì)勘察

工程地質(zhì)中的環(huán)境地質(zhì)具有一些人和自然作用因素導(dǎo)致的狀況改變，可能會造成工程跟不上經(jīng)濟(jì)發(fā)展或者一些災(zāi)害性的發(fā)生，比如巖溶區(qū)域建筑物、道路和礦石因?yàn)槌樗Χ却蠡蛘叽笠?guī)模采礦導(dǎo)致坍塌，水庫的滲漏、地震、滑坡和泥石流等自然災(zāi)害的影響，這些環(huán)境地質(zhì)勘探除了可以進(jìn)行電法和淺層折射法之外，還可以選用自然電場法、淺層測溫法、微地震和地噪聲測量，井中透視、電視和井下超聲成像方法[7]。環(huán)境工程地質(zhì)是環(huán)境地質(zhì)學(xué)的重要組成部分，研究如何避開和改造不利的工程地質(zhì)條件，能使物探技術(shù)在環(huán)境工程地質(zhì)勘察中得到更好的應(yīng)用。

4.3 地質(zhì)監(jiān)測

對環(huán)境工程進(jìn)行地質(zhì)監(jiān)測，包括使用經(jīng)由衛(wèi)星和航空遙感的圖像隨著時(shí)間變化帶來信息，可以對天然或人為因素引起的環(huán)境工程進(jìn)行監(jiān)測，并對災(zāi)害性事件作出預(yù)測，土壤沙漠化、水土破壞、植被損害、河道變化、河湖岸邊或者港灣的淤泥和地質(zhì)塌陷需要進(jìn)行確定的核算，就采用不同時(shí)期的衛(wèi)星和航空遙感圖象進(jìn)行比較研究，研究出地質(zhì)的發(fā)展變化方向和預(yù)測可能發(fā)生的災(zāi)害性事件。運(yùn)用技術(shù)監(jiān)視滑坡和預(yù)測滑坡的手段對地質(zhì)進(jìn)行定期的航空攝影，對地下的水位和水溫進(jìn)行監(jiān)測等[8]。

4.4 電磁法

電磁法物理勘探技術(shù)是采用電磁感應(yīng)的原理在導(dǎo)電性能和導(dǎo)磁性能不同的巖石和礦石中進(jìn)行找礦勘探的方式，電磁法分為了航空電磁、地面電磁和井中電磁，航空電磁通過研究由人工或天然形成的電磁場對地質(zhì)體感應(yīng)激發(fā)產(chǎn)生的不同尋常的特征和規(guī)律來尋找礦體或解決某些地質(zhì)問題；地面電磁是用于地面找礦勘探的電磁法，按照觀測參量分類的方法，分為傾角法、虛實(shí)分量法、振幅相位法、橢圓極化法等；井中電磁法是用時(shí)間域和頻率域在鉆孔時(shí)研究電磁感應(yīng)現(xiàn)象的方法。地質(zhì)具有高導(dǎo)磁性的情況下，電磁法作用于地質(zhì)，產(chǎn)生二次磁場，可以判斷地下導(dǎo)磁體的存在和一些水文水質(zhì)的問題。

4.5 探地雷達(dá)

探地雷達(dá)可以探測金屬物體和非金屬物體，發(fā)射的天線向地質(zhì)以下發(fā)出高頻次的電磁波，天線接收電磁波反射回來之后作用于地下介質(zhì)，地下介質(zhì)遭遇到有電性差異的另一個(gè)界面時(shí)發(fā)生反射現(xiàn)象，產(chǎn)生電磁波波形下不同的地理位置、構(gòu)造、狀態(tài)和埋深。探地雷達(dá)作業(yè)時(shí)，在雷達(dá)機(jī)器的作用下，脈沖源產(chǎn)生周期性的毫微秒信號，并直接反饋給發(fā)射天線，通過發(fā)射天線耦合到地下的信號在傳播路徑上遇到非均勻體時(shí)，產(chǎn)生反射信號，位于地面的接收天線在接收到地下回波后，直接傳輸?shù)浇邮諜C(jī)，信號在接收機(jī)經(jīng)過整形和放大后進(jìn)行處理，通過電纜傳輸?shù)嚼走_(dá)主機(jī)，經(jīng)過處理后傳輸?shù)轿C(jī)。在微機(jī)中對信號依照幅度大小進(jìn)行編碼。

4.6 現(xiàn)場檢測與監(jiān)測

建筑工程地質(zhì)條件的各個(gè)要素在專門的觀測儀器下，長時(shí)間的觀察檢測出來的一系列發(fā)展變化的適合工程建筑活動(dòng)使用的地質(zhì)條件和自然地質(zhì)條件。主要的觀察檢測內(nèi)容有：表現(xiàn)位移范圍、速度和方向的巖石、土體；反映地下水位變化的土體和巖石；檢測出巖體表面受到的破壞力，對質(zhì)點(diǎn)速度引起的爆破進(jìn)行觀察，對系統(tǒng)人工加固的載荷變化進(jìn)行檢測。這些項(xiàng)目工作流程是進(jìn)一步縮進(jìn)工程檢查的進(jìn)程，施工和建筑物使用期間，工程地質(zhì)會進(jìn)一步進(jìn)行觀測，長時(shí)間觀測留下的資料需要進(jìn)行整理分析，是為了更好的檢驗(yàn)工程的正確率還有對工程實(shí)施合理的評價(jià)。

5 總結(jié)

物探技術(shù)對大范圍的地質(zhì)探測至今都有特別重要的勘察作用，物探勘察不僅涉及范圍廣，而且能夠?qū)Φ刭|(zhì)不同剖面進(jìn)行勘察，留下的三維資料可以更好的作為在控制和異常點(diǎn)上進(jìn)行勘察、試驗(yàn)工作的參考資料，既能提高準(zhǔn)確性，又能提高精準(zhǔn)度，資料的正確性就更加重要。不同的勘察方法有不同的作用和原理，在不同的地質(zhì)條件中選擇不同的勘察方法，才能更好的發(fā)揮物探技術(shù)的特點(diǎn)和優(yōu)勢，物探需要間接的合作方式來獲取地質(zhì)的信息，所以，物探技術(shù)間的合作也十分重要，對工程不同的類別、勘察不同的階段、工程地質(zhì)不同的地質(zhì)條件，制定專門的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和施工方案。