物探技術在工程地質勘察中的應用

高祖有

（中國有色金屬工業昆明勘察設計研究院有限公司，云南 昆明 650051）

物探技術隨著科學技術發展也不斷提升，物探技術在不斷發展歷程中，逐漸形成一個繁多、龐大而完整的科學體系，數學、物理的各個分支都滲透到這個領域之中。物探技術相較于其他勘查方法，具有透視性、效率高、條件性等特點，如何更好的利用物探技術本身的優勢應用于工程地質的勘察中，是本文要探討的問題。總之物探技術工作的最終目的是通過得到地下物質體物性信息，分析解釋出地質結論、地質成果。

1 物探技術概述

物探技術即地球物理勘探技術，物探技術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，能夠對資源利用采取可行的方案以及進行有效的環境保護。物探技術在相關技術不斷發展的過程中，不斷在相關領域進行技術突破，打破了以往傳統的勘探技術并且更加廣泛的應用于工程地質勘察中[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。地質體或者地質構造通過物理現象的表現形式反映出物探方法解釋推斷的一個結果，是間接的一種物探方法。地球物理勘探儀器的發展趨向是更加輕便化、多功能化、數字化和智能化。

2 工程地質勘察概述

工程地質勘察的任務總體上是勘察出一定程度上符合工程建設規劃、設計、施工的可靠地質條件，以合理有效利用自然和地質條件，對不利的地質因素進行及時勘察，保障建筑物的安全和建設條件[2]。勘察的總體任務可以歸納為：選擇地質條件優越的建筑場地，核實它的地質條件；對場地內地質條件進行勘察，排除崩塌、滑坡、巖溶等地質物理現象；對地基巖石的巖石年代、巖石特性、地質構造等進行勘察；地下水的類型、水質、埋深以及分布的變化勘察；防范措施的提出和處理方法。對于工程項目設計的不同階段，勘察工作也分為了幾個階段，目的是逐步對復雜或者特殊的地質條件進行施工勘察，給出合理的勘察方案[3]。

3 物探技術在工程地質勘察中的重要意義

工程實踐的大量證明，物探技術對于工程地質勘探過程中的技術運用和地質勘察具有實際意義。第一，地球物理探測技術對比較有特點的地質災害進行最大范圍的地質災害監察、預報、防災減災等工作，能夠較準確得對相應的應對措施進行指導。第二，地球物理探測技術對工程實施當中的預防災害措施提供相應的技術保障措施，同時建立一定的災害超前預警，對公共安全進行保障，保護我們的生存區域的安全。第三，在水文地質探測中，運用地球物理方法可以對水文地質特征進行間接判斷，能夠很快的控制測區樣貌，對水文地質勘探工程的設計與施工進行向導。第四，在物質災害勘察設計方面，運用地球物理方法可以對區域地質環境條件進行重點調查。在水文和物質災害勘察設計方面的作用都是其他勘查技術不能達到的一種效果[4]。

地球物理探測技術對于工程建設的速度和效率有明顯的助推作用之外，還能對于工程的質量和安全起到保障的作用，從而對人類社會的經濟變化、文化發展等產生積極影響。對工程質量的影響和對隱性地質災害進行勘察都是物探技術的重要工作內容，運用得當對發揮物探技術的優勢具有重要意義，同時有利于構建公共安全體系，以此來保障我們生存空間的安全[5]。

4 物探技術在工程地質勘察中的應用

4.1 物探技術作用于地質勘察的兩項任務

工程地質勘察中有兩項需要物探技術完成的任務：第一個是探測基巖層的埋深、產狀和性質，基巖層的埋深就是覆蓋層的厚度，就是基巖巖性的地質填圖（地質填圖是礦產普查和勘探中的一種基本工作方法，即對礦區進行系統的地質觀察），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，作用于地面的一個測深點上，以此對這個測深點底下的不同深度的地質情況進行斷面判斷；淺層折射方法是對地震和地震折射的波形進行檢測測出風化層的速度和厚度。第二個就是檢測斷層的趨勢、物理特性和距離，這個過程的勘察使用的是電剖面法或者淺層這設法來查明斷層，對隱伏斷層進行速度填圖，電剖面法主要勘察巖溶裂隙、溶洞和暗河；運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動的特性分析出來間接的基礎證據[6]。

4.2 物探技術作用于環境工程地質勘察

工程地質中的環境地質具有一些人和自然作用因素導致的狀況改變，可能會造成工程跟不上經濟發展或者一些災害性的發生，比如巖溶區域建筑物、道路和礦石因為抽水力度大或者大規模采礦導致坍塌，水庫的滲漏、地震、滑坡和泥石流等自然災害的影響，這些環境地質勘探除了可以進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]。環境工程地質是環境地質學的重要組成部分，研究如何避開和改造不利的工程地質條件，能使物探技術在環境工程地質勘察中得到更好的應用。

4.3 地質監測

對環境工程進行地質監測，包括使用經由衛星和航空遙感的圖像隨著時間變化帶來信息，可以對天然或人為因素引起的環境工程進行監測，并對災害性事件作出預測，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塌陷需要進行確定的核算，就采用不同時期的衛星和航空遙感圖象進行比較研究，研究出地質的發展變化方向和預測可能發生的災害性事件。運用技術監視滑坡和預測滑坡的手段對地質進行定期的航空攝影，對地下的水位和水溫進行監測等[8]。

4.4 電磁法

電磁法物理勘探技術是采用電磁感應的原理在導電性能和導磁性能不同的巖石和礦石中進行找礦勘探的方式，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體感應激發產生的不同尋常的特征和規律來尋找礦體或解決某些地質問題；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、虛實分量法、振幅相位法、橢圓極化法等；井中電磁法是用時間域和頻率域在鉆孔時研究電磁感應現象的方法。地質具有高導磁性的情況下，電磁法作用于地質，產生二次磁場，可以判斷地下導磁體的存在和一些水文水質的問題。

4.5 探地雷達

探地雷達可以探測金屬物體和非金屬物體，發射的天線向地質以下發出高頻次的電磁波，天線接收電磁波反射回來之后作用于地下介質，地下介質遭遇到有電性差異的另一個界面時發生反射現象，產生電磁波波形下不同的地理位置、構造、狀態和埋深。探地雷達作業時，在雷達機器的作用下，脈沖源產生周期性的毫微秒信號，并直接反饋給發射天線，通過發射天線耦合到地下的信號在傳播路徑上遇到非均勻體時，產生反射信號，位于地面的接收天線在接收到地下回波后，直接傳輸到接收機，信號在接收機經過整形和放大后進行處理，通過電纜傳輸到雷達主機，經過處理后傳輸到微機。在微機中對信號依照幅度大小進行編碼。

4.6 現場檢測與監測

建筑工程地質條件的各個要素在專門的觀測儀器下，長時間的觀察檢測出來的一系列發展變化的適合工程建筑活動使用的地質條件和自然地質條件。主要的觀察檢測內容有：表現位移范圍、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，對質點速度引起的爆破進行觀察，對系統人工加固的載荷變化進行檢測。這些項目工作流程是進一步縮進工程檢查的進程，施工和建筑物使用期間，工程地質會進一步進行觀測，長時間觀測留下的資料需要進行整理分析，是為了更好的檢驗工程的正確率還有對工程實施合理的評價。

5 總結

物探技術對大范圍的地質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，而且能夠對地質不同剖面進行勘察，留下的三維資料可以更好的作為在控制和異常點上進行勘察、試驗工作的參考資料，既能提高準確性，又能提高精準度，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，在不同的地質條件中選擇不同的勘察方法，才能更好的發揮物探技術的特點和優勢，物探需要間接的合作方式來獲取地質的信息，所以，物探技術間的合作也十分重要，對工程不同的類別、勘察不同的階段、工程地質不同的地質條件，制定專門的基礎設計和施工方案。