淺談物探技術(shù)在工程地質(zhì)中的應(yīng)用

河南省地礦局第二地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院

摘要：本文主要是以物探技術(shù)在工程地質(zhì)勘查中的應(yīng)用為研究對象，之后通過物探勘查的概述、常用的物探勘查方法以及物探技術(shù)在工程地質(zhì)勘查中的應(yīng)用三個方面對研究對象進(jìn)行進(jìn)一步的探討和分析。

關(guān)鍵詞：物探勘察；優(yōu)勢；發(fā)展；存在問題；物探方法；應(yīng)用

在勘探市場的導(dǎo)向下，物探技術(shù)得到了進(jìn)一步的發(fā)展和技術(shù)創(chuàng)新，物探技術(shù)是一項極為復(fù)雜的地質(zhì)勘查工作，其研究對象是客觀的地質(zhì)體，具有較強的探索性，由于物探技術(shù)的優(yōu)勢，被廣泛運用到地質(zhì)資源勘查工作中，也取得了一定的成果，提高了勘查速度，使勘查質(zhì)量也得到了保證，生產(chǎn)力也有了大幅度的提高，在地質(zhì)勘查中體現(xiàn)了其重要的價值，也使地質(zhì)勘查邁向了現(xiàn)代化水平。

一、物探勘查的概述

1.物探勘查技術(shù)優(yōu)勢。在勘查一個未知地質(zhì)區(qū)域中，物探勘查技術(shù)有很多比較明顯的優(yōu)勢，其中主要表現(xiàn)在以下幾個方面的內(nèi)容：

第一，可以大大的減少工作量，進(jìn)一步的節(jié)約成本。為了了解某水域的地層變化狀況，物探方法的應(yīng)用不但可以減少鉆探的工作量，還可以間接的節(jié)約了成本。

第二，物探方法的應(yīng)用在探索地層基巖面起伏狀況方面表現(xiàn)了極強的精準(zhǔn)性，基巖面是比較復(fù)雜的，物探方法使工作人員能更準(zhǔn)確的布置鉆孔，從而也減少了鉆孔的使用量。

第三，在較為復(fù)雜的巖溶發(fā)育區(qū)，要實行物探和鉆探相結(jié)合的方法來實現(xiàn)對此地質(zhì)情況的掌握，首先了解巖溶的分布情況需采用物探方法，根據(jù)物探的結(jié)果開展合理的鉆探布置。

第四，確定地下人工設(shè)施規(guī)模大小，合理投入鉆探工作量。對于人工設(shè)施的地下賦存情況，通過物探方法可以準(zhǔn)確判斷，從而合理投入鉆探工作量，節(jié)約成本。

2.物探技術(shù)發(fā)展趨勢。物探技術(shù)的理論依據(jù)是地球物理學(xué)，研究的是地質(zhì)問題，物探技術(shù)是科技發(fā)展的產(chǎn)物，是目前地質(zhì)勘探的重要標(biāo)志之一，代表現(xiàn)代化的勘查水平，隨著人們對物探技術(shù)的不斷了解和重視，加上多方面科技的不斷發(fā)展，物探技術(shù)勢必會不斷改進(jìn)、完善和創(chuàng)新，當(dāng)今物探技術(shù)的發(fā)展趨勢是實現(xiàn)數(shù)字化、自動化和智能化。

3.物探技術(shù)值得注意的問題。在地質(zhì)勘查中，物探技術(shù)在實際的應(yīng)用過程當(dāng)中會存在一些問題，其中主要表現(xiàn)在下面兩個方面的內(nèi)容：

第一，物探方法的合理運用。其中一方面，物探方法比較注重物性前提和場地條件，所以想選擇物探方法時不能忽略其針對性；另一方面，物探方法的使用會耗費一定的成本，考慮選用此方法的同時一定還要對成本的問題做出充分的考慮。

第二，物探方法的多解性。這里需要很多種不同勘探的方法來進(jìn)行驗證，或者進(jìn)行相互的驗證。

二、常用的物探勘查方法

經(jīng)過多年來的地質(zhì)勘查經(jīng)驗，實際工作中主要考慮兩方面的內(nèi)容：一個方面是鉆探成果，另一個方面是磁異常成果資料。地質(zhì)勘查過程中存在地球物理異常的情況，造成這種異常的原因主要是地下地質(zhì)構(gòu)造和地質(zhì)體的物性差異，任何技術(shù)都存在一定的局限性，所以沒有一種方法是完美的，單單靠一種方法進(jìn)行地質(zhì)勘查也是存在很高風(fēng)險的，采用多種勘查技術(shù)的綜合勘查手法是比較合理的。常用的勘查手法有重力、放射性、電法、地震、電磁波、磁法和地質(zhì)雷達(dá)等。

1.甚低頻電磁法。甚低頻電磁法首先要尋找場源，如廣播電臺發(fā)射的電磁波或甚低頻率，然后對其電磁場在地表、空中或地下的空間分布進(jìn)行測量，電性局部異常可以從淺層地質(zhì)體中獲得。

2.淺層地震技術(shù)。淺層地震技術(shù)研究的是地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)和相關(guān)的巖性信息，原理是通過人工激發(fā)的彈性波在巖石中的傳播來實現(xiàn)的。

3.地震層析成像。地震層析成像的理論依據(jù)來自于醫(yī)學(xué) X 射線和CT，地震波數(shù)據(jù)起到輔助作用，這些數(shù)據(jù)可以反演地下結(jié)構(gòu)的物性屬性，然后一層一層的進(jìn)行剖析，根據(jù)剖析結(jié)果繪制其圖像。

4.瞬變電磁法。電磁測深法包括瞬變電磁法。瞬變電磁法多用于高導(dǎo)電性的較大礦體，而且效果顯著，其理論基礎(chǔ)是電磁感應(yīng)，研究探測目標(biāo)物感生出的渦流場在其周圍空間形成的二次電磁場隨時間變化的響應(yīng)特征，由此目標(biāo)物的空間形態(tài)可以推斷出來，完成探測。

5.大地電磁測深。大地電磁測深是一種被動場源電磁測深法，其場源多選擇天然交變電磁場，地表可以觀測到的電、磁場強度的變化是由被動場源引起的，目的是對地下巖（礦）石電性及分布特征進(jìn)行研究。

三、物探技術(shù)在工程地質(zhì)勘查中的應(yīng)用

1.探地雷達(dá)的應(yīng)用。通過發(fā)射天線發(fā)射以寬頻帶脈沖形式的高頻電磁波，經(jīng)目標(biāo)體反射或透射，接收天線將其接收。在介質(zhì)中傳播的高頻電磁波，其通過不同的介質(zhì)電性質(zhì)及集合形態(tài)，其電磁場強度、路徑和波形也將不同，以此為依據(jù)采集時域波形，然后進(jìn)行處理，最后進(jìn)行分析，從而對地下界面或目標(biāo)體的空間位置或結(jié)構(gòu)狀態(tài)可以準(zhǔn)確把握。

地質(zhì)雷達(dá)可以運用在很多種環(huán)境當(dāng)中，它也有很多的優(yōu)點，主要包括異常簡單的操作、較高的分辨率、無損、較強的抗干擾能力。只要地下管線目標(biāo)與周圍介質(zhì)之間存在足夠的物性差異就能被探地雷達(dá)發(fā)現(xiàn)，也因此被廣泛應(yīng)用。

以某場地的地下管線為例進(jìn)行探測，目的是對該處地下管線的具體位置和走向進(jìn)行確定。用探地雷達(dá)勘查的結(jié)果與實際挖開的結(jié)果進(jìn)行對比，分析典型的雷達(dá)測線平面異常特征。得出應(yīng)用探地雷達(dá)的前提，即目標(biāo)管線體與周圍介質(zhì)的介電常數(shù)和電磁波傳播的波速存在明顯差異。

2.電磁波的應(yīng)用。地下界面上下介質(zhì)的物性差異通過電磁波在介質(zhì)中傳播特性反映出來，物性差異、反射波、振幅三者成正比，即差異越小，反射波越弱，振幅越小；反射波振幅方向由上下介質(zhì)中波速大小決定，反射系數(shù)為負(fù)的情況下，電波從波速大的介質(zhì)進(jìn)入到波速小的介質(zhì)，反射系數(shù)為正的情況則與之相反。

某一矩形場地，地下光纜、地下電纜、排水管線和熱力管線等遍布地下，在東西向和南北向分別進(jìn)行地下管線的雷達(dá)探測掃描，根據(jù)探測結(jié)果繪制波形測線剖面圖，對可能有地下管線的位置進(jìn)行了標(biāo)記。從剖面圖上可以很明顯的看到在縱向深度為3米、水平距為11米的地方，出現(xiàn)了一個相對比較大的弧度拱形異常，而且電纜和光纜井都在剖面的附近，由此可以充分的判斷出此地有地下電纜、光纜管溝。較小弧度的拱形異常出現(xiàn)在縱向深度為1米、水平距為8米處，在此處進(jìn)行挖掘，發(fā)現(xiàn)是下水管。

地下目標(biāo)管線存在內(nèi)外各兩層的四層介質(zhì)界面，本文以上層內(nèi)界面為例：

就非金屬管線內(nèi)上界面而言，其反射波振幅較大，其內(nèi)介質(zhì)不同時，反射系數(shù)和發(fā)射波也不同，如果水是其內(nèi)介質(zhì)，那么反射系數(shù)為負(fù)，反射波為反向；如果氣體為其內(nèi)介質(zhì)，則與之相反。金屬內(nèi)波速近似為零的金屬管線，反射波為反向，反射振幅非常強，管線的外層界面比其它層面的反射信號更強。

3.高密度電法。高密度電法優(yōu)勢明顯，如采集的數(shù)據(jù)有較高的精度，較強的抗干擾能力等，這些使此方法獲得的地質(zhì)信息更全面更多樣化，因此此方法也被廣泛應(yīng)用到其他領(lǐng)域。高密度電法屬于陣列勘探方法，這種方法結(jié)合了電測深和電剖面，觀測裝置中觀測點的設(shè)置也較為用心，觀測點設(shè)置密度較高，不同的工程需采用不同的排列方式進(jìn)行勘探，從而劃分了不同巖土層的界面。高密度電法通過在實際中的應(yīng)用得到了驗證，在灰?guī)r地區(qū)進(jìn)行溶洞、破碎帶的勘查可以運用此方法。

四、結(jié)語

綜上所述，地質(zhì)勘查工作其實是一個非常復(fù)雜的過程，單一的勘查方法都存在一定的局限性，綜合勘查是較為合理的勘查方法，重力、放射性、電法、地震、電磁波、磁法和地質(zhì)雷達(dá)等多種方法的使用，起到互補的作用，從而降低勘查風(fēng)險，通過不斷的驗證，不同的地質(zhì)結(jié)構(gòu)選擇相應(yīng)的物探方法，從而使采集到的地質(zhì)信息更精準(zhǔn)，科學(xué)合理的布置鉆探工作量，節(jié)約成本，不斷提高地質(zhì)勘查現(xiàn)代化水平。

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