地球物理勘探在工程地質勘察中的應用分析

黃國松

（中國建筑材料工業地質勘查中心廣東總隊，廣東 廣州 510000）

在社會高速發展背景下，人們對工程項目施工建設，資源開發利用等工作的質量要求不斷提高，為滿足項目施工活動對地質勘探工作的需要，可以將地球物理勘探技術應用于地質工程勘察工作中，以提升工程勘測工作深度、廣度與精度。

1 常用的地球物理勘探技術

1.1 地震勘探技術

地震勘探技術是當前工程地質勘探工作中較為常用的一種地球物理勘探技術，這一技術的應用原理是通過人工激發彈性波，并使其在地殼中傳播，然后通過觀察彈性波的反射波與折射波傳播情況的方式，了解到時間軸沿測線方向的時空分布規律，獲取相應反射面的深度、折射面的深度、地質性質與構造等數據信息。現階段地震勘探技術主要包括反射波勘探技術與折射波勘探技術兩種，相對其他地球物理勘探技術，地震勘探技術并不需要進行復雜的勘探成果分析，因此相較來說，這一勘探技術的操作較為簡單。但為了盡可能提升地震勘探技術應用的準確性，需要投入較大的勘探成本。

1.2 重力勘探技術

由于不同密度的巖體局部重力存在一定的差異，為了準確判斷巖體結構，可以應用以牛頓萬有引力加速度為基礎的重力勘探技術，通過重力測量儀器檢測連體重力加速度值的差異情況，實現不同地殼礦體、巖體密度信息的勘察。在實際的地質勘察工作中，合理應用重力勘探技術可以及時發現重力形成的非正常信息，通過對信息結果進行研究的方式，準確判斷土層、土體的不同密實度狀況，實現各項隱藏數據的精準識別，為后續工程地質結構狀況分析工作提供準確的數據支持。

1.3 電磁勘探技術

電磁勘探技術在實際應用過程中，可以將儀器設備放置于天然或人工磁場中，通過分析觀測點深度變化。或電阻率變化情況的方式，了解地層深度變化時的巖層分布規律，了解不同巖石的具體電學特征。在當前的工程地質勘探，電磁勘探技術廣泛被應用于厚巖層地質勘探工作中，并且取得了良好的地質勘探效果。位置測頻法是一種高質量的頻率檢測人工磁場源在實際地質勘探工作中，這一技術方法可以對原始自然磁場進行合理處理，滿足復雜地質勘探工作的需要。同時，這種人工場源可以滿足人們對全方位勘探控制工作的需要，將其合理應用于地質勘探工作中，可以有效地提升勘探工作的效率。

1.4 地質雷達勘探技術

地質雷達勘探技術是一種通過分辨地下介質電性參數與幾何形態差異的方式，依據電磁波傳播環節波形與電磁場強度變化規律的方式，確定地下界面或地質體的空間位置與地下介質結構。在當前的地質勘探工作中地質雷達勘探技術主要以高頻電磁波為探測場源，借助發射天線向地下發射具有一定中心頻率的牛仔波電磁脈沖，然后利用接收天線接收地下不同介質界面產生的反射回波，通過對反射回波進行分析的方式了解地下墓地體的結構與位置。

1.5 瞬變電磁場勘探技術

瞬變電磁場勘探技術是一種以電磁感應原理為基礎，通過應用測定儀器完成電磁場變化感應工作的方式，了解分析目標地質構造的具體特征與屬性。在當前的工程地質勘探工作中，快捷、靈敏是瞬變電磁感應技術應用的主要優點，成本偏高是這一技術應用的主要缺點。

1.6 高密度電阻率法

在土木工程地質調查工作中，高密度電阻率法是一種較為常用的地質勘探方法，注意技術方法，可以看作是電測深與電剖面技術結合到一起的勘探方法，同時，也被看作是一種通過分析土體與巖石導電性差異獲得勘探信息的地球物理勘探方法。在實際地質勘探工作中，高密度電阻率法在應用時，需要先采用一種合適的分析方法求解簡單電條件下的場分布情況，相較其他的地質勘探方法，高密度電阻率法有著操作性較強、過程較為方便、檢測信息比較豐富、測定結果極為準確的優點。通過對這一技術方法的實踐應用情況進行分析，可以了解到，高密度電阻率法的合理應用可以有效完成巖面定位工作，進而為后續土木工程施工活動的開展提供指導。同時，對危險廢物集中處理廠地質勘探工作中，高密度電阻率法的應用情況進行分析可以了解到，這一技術方法不僅可以滿足土木工程地質調查工作的需要，還保證了勘探工作取得了理想的勘探效果。

1.7 綜合物理勘探技術

近年來，隨著工程地質勘探工作復雜度的不斷提升，人們對于地球物理勘探技術應用效果有了更高的要求。由于不同的地質勘探技術均存在自身獨有的特點與優勢，現階段，為進一步提升地質勘探工作的準確性與可靠性，在實際的地質勘探工作中，將多種地球物理勘探技術結合到一起，共同開展某一區域的地質勘探工作，成了切實提升勘探信息準確性滿足后續工程項目施工需要的重要舉措。

2 地球物理勘探技術應用實例

在某水利工程施工建設過程中，為了保證地下洞室開挖基巖穩定性、邊坡穩定性均能滿足本次工程施工建設的需要，在工程地質勘探工作中，工作人員合理應用了地震勘探技術，通過合理分析彈性波信息的方式，了解該區域的實際地質情況。

2.1 技術應用價值

在本次水利工程施工活動中，合理應用地震勘探技術。第一，可以切實了解該區域松散沉積物的分層情況。在勘探過程中，通過分析彈性波傳播速度差異性的方式了解各類型松散沉積物的分層情況。第二，可以了解不同物質的埋深與起伏狀態。在勘探過程中，應用地震勘探技術可以有效探查覆蓋層下基巖的埋深與起伏形態。第三，可以確定風化殼厚與形態。利用彈性波可以探查該區域基層巖風化殼的厚度與變形規律。第四，可以確定斷層的基本狀況。通過分析可以了解到該區域基巖斷層破碎帶的具體情況，并確定斷層的斷距與類型。第五，可以了解溶洞的基本情況。通過分析可以查明該區域隱伏的溶洞發育帶，并確定溶洞的位置，了解破碎帶的寬度與埋深。第六，確定并計算隱伏溶洞與覆蓋層之間的水力聯系。借助彈性波探測覆蓋層中的溶蝕地段。第七，確定活動斷層。利用彈性波探查基巖斷層在第四系地層中的形跡，確定其是否為活動斷裂。

2.2 數據分析公式

在利用探測技術開展水利工程巖體地質分類與質量評價工作時，受不同巖性巖體組合以及復雜結構面的影響，彈性波在巖體中的傳播速度會發生改變。考慮到不同巖體基礎結構與性質會影響彈性波在傳播過程中表現出的傳播特性，因此，在分析巖體時，可以將彈性波作為地質分類的定量指標，通過測定巖體中彈性波傳播速度的方式，完成該區域巖體工程地質分類工作。在實際分析過程中，彈性波的縱波速度可以表示為：橫波速度可以表示為：瑞利表面波速可以表示為：。上述公式中，G 指的是介質的剛度模量；E 指的是介質的彈性模量；v指的是介質的泊松比；ρ指的是介質的密度；λ指的是介質的拉梅常數。同時，利用彈性力學理論對上述三種波速關系進行分析，可以得到：，。在實際的水利工程地質勘測工作中，在應用地震法獲得相應的彈性波測定數據后，可以借助上述公式完成不同地層巖土體物理力學參數的確定工作。

2.3 具體數據收集

數據收集是地震勘探技術應用過程中的基礎性工作之一，數據收集的準確性與地質勘探質量之間存在直接的聯系。考慮到水利工程地質勘探環境相對復雜，需要工作人員應用專業性的設備獲取相應的地質信息，并對這些信息進行監測與分析，實現勘探區域地質情況的有效預測。在數據獲取工作中，為保證地震勘探技術取得了良好的應用效果，工作人員可以先選擇一個獨立的數據點開展分析工作，并將這一數據點內獲取的數據信息描繪在同一個數據分析平面內，應用動態分析模式，對該區域地質變化情況進行詳細描述。在數據信息描述工作結束后，工作人員可以通過對信息立體成像特點進行分析的方式，對該區域的具體情況進行一個初步的判定，為后續數據詳細分析工作的開展提供支持。

2.4 實地勘察分析步驟

在實地勘察過程中，確定地質構造的步驟為：首先，以本次工程的實際情況出發，確定合適的直線長度。其次，利用預先設置好的測波器，測定測線上各點位振動傳播的耗時，并將其作為縱軸。最后，以波源的距離為橫軸，得出時間—距離曲線，并對其進行分析。需要注意的是，在分析時間—距離曲線的過程中，工作人員需要先明確曲線具體負荷的情況。然后，依據曲線的切點傾斜程度，完成斜率計算工作，確定彈性波在各層的傳播速度。同時，在開展核算工作時，可以對實測數據進行核實，以便完成理論值的實測工作，最終得到能夠準確展示該地區實際情況的地質構造分析圖。

2.5 穩定性分析

（1）承載力核算與抗滑穩定性分析。在開展水利工程地質勘察工作時，若將大壩基礎作為巖體結構，那么需要對其抗滑穩定性進行分析，以便切實了解大壩基礎在水利工程投入使用后能否具備良好的使用效果。在實際分析過程中，可以借助彈性波法判斷。大壩基礎巖體結構類型，然后，通過在大壩基礎上開展巖體荷載、邊界條件等限制因素的方式，實現大壩基礎巖體滑移地質模型的設置。在模型構建工作完成后，工作人員可以利用分析模擬軟件開展模型的巖體模擬實驗，通過對巖體實驗結果、滑動面材料組成、結構特征等信息進行分析的方式，確定大壩基礎巖體的抗剪強度。

（2）地下工程圍巖與巖質邊坡穩定性分析。現階段，為保證水利工程地下巖體的穩定性能夠滿足工程施工建設的需要，在開展工程地質勘探工作時，工作人員可以利用彈性波法對工程圍巖巖體進行分析，完成工程地質劃分工作，然后按照劃分結果，分塊開展巖體基礎構造的分析工作。在分析圍巖體結構時，需要重點關注斷層面、節理縫隙、軟弱夾層、空域附近邊界面相互結合構造體等信息，然后結合施工人員的工作經驗，應用合適的分析方法，判定圍巖巖體的穩定性。

2.6 提升勘察質量的方法

（1）應用數字化勘察技術。在信息技術飛速發展的背景下，地質勘察工作也朝著信息化，數字化的方向發展。在本次水利工程勘察工作中，將數字化勘察技術與地震勘察技術融合到一起，在完成基礎信息勘察工作的同時，合理利用信息化技術手段構建三維立體地質勘察模型，通過將相應數據信息填充到模型當中的方式，可以使該區域整體地質信息直觀地展現在工作人員眼前。

（2）提升人員素質。為保證地震勘探工作獲取的數據信息具備較高的精確度，在本次工程水利工程勘察工作推進過程中，應保證勘察人員具備較高的專業素質，在發現問題時，能夠采取合理的措施消除人員因素對勘察結果造成的干擾。為了實現上述目標，在本次勘察工作開展前，勘察單位不僅需要對工作人員的專業能力進行考核，確保工作人員具備良好的專業素養與道德品質，還需要通過組織勘察人員開展專業知識培訓的方式，確保勘察人員在本次地質勘察活動中能夠合理應用勘察設備完成勘察工作。

（3）加強勘察過程控制。盡管相較其他地球物理勘察技術，地震勘察技術操作較為簡單，但在實際勘察工作中，這一技術仍涉及專業技術要點。現階段，為保證勘察結果的準確性，加強勘察過程控制成為一項極為必要的工作。在本次水利工程地質勘察活動開展前，勘察單位不僅需要選培一批專業的勘察人員，還需要在明確勘察人員專業能力的基礎上，明確相應的勘察施工管理條例，對本次勘察工作相關的技術信息進行闡述，并對工作人員的權責進行合理劃分。在保證工作人員在后續勘察工作中能夠充分了解自身工作內容與具體工作方法的基礎上，避免權責推諉情況的出現。

（4）加強設備管理。在地震勘探技術應用過程中，勘察儀器設備的總價值相對較高，若設備管理不當，那么不僅會影響地震勘察結果的準確性，還會因開展設備運維管理工作，而增大地質勘察工作的整體成本。現階段，為提升勘察設備管控工作的有效性，在正式開展地質勘察工作前，工作人員需要對本次水利工程施工地點進行調查分析，明確將相應設備運輸到勘察地點的具體交通工具、耗時、路況等信息，在合理規劃儀器設備運輸路徑的基礎上，開展儀器設備的檢測工作。在保證儀器設備均處于正常工作狀態后，開展設備運輸工作，在將設備運輸的水利工程地質勘探區域后，對設備的性能進行檢查，矯正相應參數，確保儀器設備能夠在后續地質勘察工作中正常運轉。需要注意的是，若在設備性能檢查時發現儀器設備存在某些性能問題，那么，工作人員需要將問題及時記錄在工作日志上，并由專業的檢修人員對其進行處理，在保證測定數據準確性的同時，為本次水利工程地質勘察施工活動質量水平的提升提供支持。

3 結語

總而言之，工程地質勘察工作是保證主體工程穩定性與安全性的重要基礎性工作，在當前工程施工環境越發復雜的背景下，工作人員可以在明確工程項目具體情況的基礎上，應用合適的地球物理勘探技術，實現地質情況的準確分析，以便為后續工程項目施工活動的順利開展打下堅實的基礎。