工程地質(zhì)勘查中物探方法的應(yīng)用研究

摘 要：隨著我國(guó)的不斷發(fā)展，對(duì)工程勘探的要求和需求都在不斷提高，為了保證工程勘探的效率和質(zhì)量能夠滿足我國(guó)建設(shè)的要求，我們需要不斷地對(duì)地質(zhì)勘探的技術(shù)和理論進(jìn)行探索和研究，而我國(guó)目前使用最頻繁且反響最好的地質(zhì)勘探方法就是物探方法，所以對(duì)物探方法的研究是提高我國(guó)工程地質(zhì)勘探水平的重點(diǎn)所在。隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異，用于解決工程地質(zhì)勘探中出現(xiàn)的問(wèn)題的物探方法也在不斷地得到補(bǔ)充。物探方法的不斷進(jìn)步極大地提高了工程地質(zhì)勘探的質(zhì)量，降低了地質(zhì)勘探人員的工作量，為我國(guó)的發(fā)展起到了不可忽視的推動(dòng)作用。但是就目前工程物探方法在地質(zhì)勘探的運(yùn)用情況而言，仍然存在著一些問(wèn)題，這些問(wèn)題或大或小，但是都影響到了地質(zhì)勘探的工作。所以，對(duì)物探方法的進(jìn)一步分析對(duì)提前我國(guó)地質(zhì)勘探的水平有著積極的意義。本文對(duì)物探方法在工程地質(zhì)勘探中的應(yīng)用做出詳細(xì)分析和具體闡述，以供工程勘探人員參考。

關(guān)鍵詞：地質(zhì)勘探；物探方法；研究

中圖分類號(hào)：P631 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）14-0185-02

1 物探方法的概念

物探方法的全稱是物理地球探測(cè)技術(shù)，它是在地質(zhì)勘探工程的工作中使用范圍最廣的一類地質(zhì)探測(cè)方法。物探方法的主要探測(cè)手段是通過(guò)地球底層以及地球周邊存在的諸多物理場(chǎng)，如電場(chǎng)、磁場(chǎng)等物理場(chǎng)來(lái)進(jìn)行一系列的地理探測(cè)工作。目前常用于物探的物理場(chǎng)包括六種，分別是地球的重力、電法、磁法、區(qū)域的地震、地表的地溫、區(qū)域內(nèi)放射性這六種地球的物理場(chǎng)[1]。在工程地質(zhì)勘查工作的進(jìn)行過(guò)程中，物探技術(shù)需要運(yùn)用專業(yè)的技術(shù)手段和能與其相配合的專業(yè)設(shè)備對(duì)地球各個(gè)方面的變化進(jìn)行檢測(cè)，收集出現(xiàn)變化的數(shù)據(jù)，并做好數(shù)據(jù)的整理分析工作，為地質(zhì)勘探工程的建設(shè)提供理論和數(shù)據(jù)上的支持。

2 物探方法的原理

物探技術(shù)的本質(zhì)是光譜電磁技術(shù)的一種，它通過(guò)專業(yè)的探測(cè)設(shè)備來(lái)探測(cè)分析地球表層的地質(zhì)分布情況。物探方法的理論基于地球物理學(xué)，同樣的，它的主要研究對(duì)象也是地球的物理狀況。這種勘探方法的具體實(shí)施步驟是在探測(cè)之前布置好一條測(cè)線，之后運(yùn)用探地雷達(dá)等電磁波發(fā)射設(shè)備在特定的測(cè)點(diǎn)上發(fā)射高頻寬帶電磁波，由專門(mén)的接收裝置回收反射的電磁波，之后由后續(xù)工作人員對(duì)回收的電磁波中蘊(yùn)含的信息進(jìn)行整理和解析，以此來(lái)了解地層的具體地質(zhì)分布情況[2]。

3 物探方法的特征

當(dāng)前使用的物探方法的最大特點(diǎn)就是穩(wěn)定性，它在工程地質(zhì)勘探工程中發(fā)揮極大地作用，能夠給企業(yè)和社會(huì)帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)收益。除了穩(wěn)定性之外，物探方法還具備探測(cè)得到的地質(zhì)信息可靠度高、可探測(cè)到的范圍廣泛、適用的空間和時(shí)間范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。物探方法包括地震探測(cè)法和磁場(chǎng)探測(cè)法兩種主要探測(cè)技術(shù)，不管是地震探測(cè)法還是磁場(chǎng)探測(cè)法，都能輕松地消除探測(cè)區(qū)域電場(chǎng)、磁場(chǎng)的物理干擾，故該方法應(yīng)用范圍和應(yīng)用前景都十分廣闊。即是探測(cè)環(huán)境并不理想，探測(cè)到的數(shù)據(jù)也比較可靠準(zhǔn)確。這對(duì)順利完成工程地質(zhì)勘查工作有著積極的意義。在物探方法的實(shí)際應(yīng)用過(guò)程當(dāng)中，它具有的探測(cè)地質(zhì)淺層范圍廣，探測(cè)速度快、得到的信息可靠等優(yōu)良特點(diǎn)獲得了施工人員的廣泛認(rèn)可[3]。

4 物探技術(shù)在工程地質(zhì)勘探中的應(yīng)用

4.1 探地雷達(dá)的應(yīng)用

探地雷達(dá)的工作原理是對(duì)探測(cè)區(qū)域發(fā)射以寬頻帶脈沖形式為主的高頻率電磁波，經(jīng)過(guò)探測(cè)目標(biāo)體的反射或透射后通過(guò)接收天線對(duì)返回的電磁波信號(hào)進(jìn)行接收。當(dāng)高頻電磁波在不同的介質(zhì)中傳播時(shí)，因?yàn)椴煌橘|(zhì)的電性質(zhì)和集合形態(tài)不相同，所以反饋的電磁波路徑、電磁場(chǎng)強(qiáng)度和波形等參數(shù)也不同。探地雷達(dá)以此為原理，收集并處理分析時(shí)域波形，從而達(dá)到準(zhǔn)確探測(cè)地下界面或探測(cè)目標(biāo)的空間位置或物理結(jié)構(gòu)的作用[4]。探地雷達(dá)的適用環(huán)境非常廣，它的優(yōu)點(diǎn)極多，其中突出優(yōu)點(diǎn)包括極易掌握的操作技術(shù)、高分辨率和強(qiáng)大的抗干擾能力。只要探測(cè)目標(biāo)與其周?chē)姶挪ń橘|(zhì)之間的物理性質(zhì)差異超過(guò)一定范圍，探地雷達(dá)就能對(duì)其識(shí)別，也正因如此，探地雷達(dá)被廣泛應(yīng)用在地質(zhì)勘探的工作之中。以某項(xiàng)地下管線勘探工程舉例，該地下勘探工程的目的是勘探出場(chǎng)地地下埋設(shè)管線的埋藏位置和具體走向。將勘探得到的結(jié)果與施工結(jié)果進(jìn)行比較，分析探地雷達(dá)勘探結(jié)果中較為典型的測(cè)線平面異常狀況，我們可以得出探地雷達(dá)應(yīng)用的先決條件，那就是勘探目標(biāo)與其周?chē)橘|(zhì)的介電常數(shù)和電磁波在兩種介質(zhì)中的波速要存在較顯著的差別[5]。

4.2 電磁波的應(yīng)用

地層以下的上下層介質(zhì)之間的物理性質(zhì)差異通過(guò)電磁波的傳播特性可以得到充分的反映，介質(zhì)的物理性質(zhì)差異和反饋電磁波的反射波、振幅和波速三者互成正比。即介質(zhì)的差異越小，反射波和振幅也就越弱；上下介質(zhì)中的波速?zèng)Q定了反射波振幅的方向。如果反射波的反射系數(shù)為負(fù)，那么當(dāng)電波從波速較大的介質(zhì)進(jìn)入波速較小的介質(zhì)時(shí)的情況與反射系數(shù)為正的情況相反。當(dāng)對(duì)地下敷設(shè)的雙層管道進(jìn)行探測(cè)時(shí)，要注意非金屬管道內(nèi)上界面的反射波振幅大。當(dāng)它的內(nèi)部組成成分為不相同的材質(zhì)時(shí)，反射波和反射系數(shù)也各不相同。在內(nèi)介質(zhì)是水的情況下反射系數(shù)為負(fù)，反射波為反向；如果其內(nèi)介質(zhì)是氣體的話，則情況與之相反[6]。

4.3 高密度電法

高密度電法相比于其他物探方法有著明顯的優(yōu)勢(shì)，比如可以采集到較高精度的數(shù)據(jù)，可以在干擾較大的環(huán)境下工作等。以上優(yōu)點(diǎn)使得采取這個(gè)方法獲得的地質(zhì)信息更加的全面，也更加多樣化。所以這個(gè)方法也在其他領(lǐng)域得到了廣泛地應(yīng)用。高密度電法是陣列勘探方法的一種，這種方法使用的觀測(cè)裝置需要用心設(shè)置觀測(cè)點(diǎn)的設(shè)置，觀測(cè)點(diǎn)的密度相對(duì)于其他物探方法較高。并且在不同的勘探工程中，需要采取不同的觀測(cè)點(diǎn)排列方式，這樣可以劃分地層中不同的巖土層。高密度電法的可行性和優(yōu)點(diǎn)在許多工程中的應(yīng)用過(guò)程中得到了驗(yàn)證。根據(jù)施工人員的施工經(jīng)驗(yàn)，在灰?guī)r地區(qū)對(duì)溶洞和破碎帶的勘查工作運(yùn)用此方法效果佳。

5 物探方法的應(yīng)用手段

5.1 大地電磁探測(cè)技術(shù)

大地電磁探測(cè)技術(shù)是指將天然形成的交變電磁場(chǎng)作為電磁波的場(chǎng)源，勘探某處地質(zhì)情況的一種物探方法。它的優(yōu)點(diǎn)在于可探測(cè)深度較大且探測(cè)效果良好。除此之外，大地電磁探測(cè)技術(shù)還具備消除高阻層屏蔽作用影響的優(yōu)點(diǎn)，和其他物探方法比起來(lái)，它對(duì)良導(dǎo)介質(zhì)的分辨能力較強(qiáng)。因?yàn)樗囊陨蟽?yōu)點(diǎn)，再加上它需要的設(shè)備輕便，所以大地電磁探測(cè)技術(shù)應(yīng)用的范圍相對(duì)廣泛，帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益也較高。目前這種勘探技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域包括地?zé)崽?、地震預(yù)警和石油的勘查工作，勘探成果和施工人員的反響也較好。

5.2 連續(xù)電導(dǎo)率剖面測(cè)量系統(tǒng)

連續(xù)電導(dǎo)率剖面測(cè)量系統(tǒng)和其他技術(shù)手段不同，它主要在探測(cè)信號(hào)不足的情況下運(yùn)用，通過(guò)人工后期對(duì)探測(cè)信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償?shù)目辈榧夹g(shù)系統(tǒng)。和其他的技術(shù)手段相比，它的特點(diǎn)在于能夠?qū)﹄妼?dǎo)率進(jìn)行連續(xù)地補(bǔ)償，并對(duì)提升電阻的分辨率有著積極的意義。它雖然很少單獨(dú)使用，但是該系統(tǒng)能夠有效地提高勘探結(jié)果的精準(zhǔn)度和可靠度。

5.3 航空地面甚低頻電磁技術(shù)

航空地面甚低頻電磁技術(shù)最先由國(guó)外在20世紀(jì)末發(fā)明，是一種較為年輕的工程勘探手段，它根據(jù)良導(dǎo)層斷裂、破碎的方向和腐蝕帶的方向，運(yùn)用其較低的電阻率追蹤補(bǔ)償?shù)姆椒▽ふ規(guī)r脈和礦脈。航空甚低頻地質(zhì)探測(cè)技術(shù)在探測(cè)礦物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和圈定地質(zhì)礦化范圍等方面有著突出的優(yōu)點(diǎn)。航空地面甚低頻電磁技術(shù)相對(duì)于于其他探測(cè)方法的最大特點(diǎn)在于它使用的探測(cè)設(shè)備搬運(yùn)起來(lái)非常方便，這使得航空甚低頻電磁技術(shù)可以應(yīng)用于大部分環(huán)境[7]。另外，航空地面甚低頻技術(shù)對(duì)資料的收集速度極快。但是航空地面甚低頻電磁技術(shù)也有短板，當(dāng)異常信息的變化相對(duì)較弱時(shí)，它的探測(cè)效果不是很好。也正因如此，這種探測(cè)方法主要在進(jìn)行淺覆蓋區(qū)和外圍剖面的地質(zhì)勘探中得到運(yùn)用。

5.4 瞬間變化電磁場(chǎng)探測(cè)技術(shù)

瞬間變化探測(cè)技術(shù)的工作原理是電磁感應(yīng)，通過(guò)專業(yè)的監(jiān)測(cè)設(shè)備感應(yīng)并記錄電磁場(chǎng)在空間和時(shí)間上的變化，然后分析探測(cè)得到的渦流場(chǎng)結(jié)果，進(jìn)而分析目標(biāo)區(qū)域的地質(zhì)特點(diǎn)和地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。

以上的幾種探測(cè)方法都有著自身的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)、適合的探測(cè)環(huán)境和不同的適用范圍，所以在使用的選擇上靈活多變。這就要求工程地質(zhì)勘探人員在物探工作中，要結(jié)合每項(xiàng)工作的具體要求和實(shí)際的環(huán)境條件，采取不同的物探方法，這樣才能更好、更快地完成工程地質(zhì)勘探工作。

6 結(jié) 語(yǔ)

根據(jù)以上內(nèi)容不難看出，工程地質(zhì)勘查中使用的物探方法的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、設(shè)備的更新有著十分密切的聯(lián)系。除去科技和設(shè)備的發(fā)展外，物探方法的發(fā)展還需要技術(shù)人員的不斷收集并分析資料作為資料保障。在這個(gè)快速發(fā)展的社會(huì)，物探技術(shù)在實(shí)際需求和頻繁應(yīng)用的推動(dòng)下將會(huì)獲得更加快速的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]余 洋.工程地質(zhì)勘查中物探方法的應(yīng)用[J].企業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā)，2017，36（12）：44～45+53.

[2]陳 蒙，陳 族.物探方法在工程地質(zhì)勘查中的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2017，14（30）：71～72.

[3]高 倩.物探方法在工程地質(zhì)勘查中的應(yīng)用[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2017（06）：176～177.

[4]楊 果.工程地質(zhì)勘查中物探方法和鉆探方法的結(jié)合應(yīng)用策略[J].黑龍江科技信息，2017（01）：113.

[5]許 辰.物探方法在工程地質(zhì)勘查中的應(yīng)用[J].中國(guó)石油石化，2016（S1）：241.

[6]劉海君，黃尚佐.物探方法和鉆探方法在工程地質(zhì)勘查中的應(yīng)用[J].江西建材，2013（06）：319～320.

[7]孫紅光，徐 偉，劉鳳祥.物探方法在工程地質(zhì)勘查中的應(yīng)用[J].門(mén)窗，2013（01）：235+240.

收稿日期：2018-4-14

作者簡(jiǎn)介：鄧 迪（1981-），男，漢族，四川成都人，工程師，本科，主要從事水電站工程物探檢測(cè)工作。