淺談地球物理勘探在工程地質(zhì)勘察中的應(yīng)用

王 超

（山東省第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 煙臺(tái) 264000）

整體上地球物理勘探有著豐富的勘察信息、探測(cè)深度比較大、費(fèi)用相對(duì)較低而且十分簡(jiǎn)便快捷，其對(duì)于勘察效率及其質(zhì)量的提高有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，一些規(guī)模較大的工程建設(shè)數(shù)量不斷增加，所以，其對(duì)于建設(shè)場(chǎng)地的勘察質(zhì)量要求越來(lái)越高，也就是對(duì)勘察的廣度、精度及其深度等愈加嚴(yán)苛。鑒于此，將地球物理勘探更好地應(yīng)用在工程地質(zhì)勘察中十分必要。

1 地球物理勘探在工程地質(zhì)中的應(yīng)用意義

物探技術(shù)通過(guò)演示這種物質(zhì)存在之間的密度和放射性物質(zhì)的主要差異，利用地球物理學(xué)的原理，采用不同的物探方法進(jìn)行勘探，可有效預(yù)防許多潛在的自然災(zāi)害，從而保障人民群眾的經(jīng)濟(jì)安全和人身安全;工程建設(shè)工程施工前通過(guò)地區(qū)物理勘探技術(shù)的施行，能夠保證工程建設(shè)的安全性，并且能預(yù)防建設(shè)工程若干年后發(fā)生的建筑災(zāi)害。隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)尤其是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)步，綜合的物探技術(shù)在地質(zhì)工程的勘察中表現(xiàn)出不可替代的優(yōu)勢(shì)，提高工作人員的綜合素質(zhì)，尤其是工作人員要全方位的掌握地球物理相關(guān)的技術(shù)和工程地質(zhì)勘查中的運(yùn)用技巧。促進(jìn)新技術(shù)的開(kāi)發(fā)和使用能夠提升地球物理勘探技術(shù)進(jìn)入一個(gè)新臺(tái)階，促進(jìn)地球工程地質(zhì)的勘查步入一個(gè)新水平。

2 地球物理勘查技術(shù)的現(xiàn)狀分析

2.1 航空地球物理勘查

2.1.1 航空地球物理勘查方法的運(yùn)用現(xiàn)狀

目前運(yùn)用非常廣泛的航空地球物理勘查技術(shù)包括電磁法、磁法和能譜法，本文從實(shí)際最新技術(shù)出發(fā)作出探討。人工場(chǎng)航空電磁法主要包括航空頻域電磁法及航空瞬變電磁法兩種最為基本的類型。隨著后者的不斷興起和成熟化發(fā)展，實(shí)現(xiàn)方式為固定翼式及直升機(jī)吊艙式兩種最為普遍的類型，發(fā)射的射程具有較大的磁矩，勘查深度可達(dá)到500M左右，對(duì)低阻領(lǐng)域內(nèi)的地質(zhì)體反應(yīng)非常敏銳，具有非常發(fā)達(dá)的使用效果。

隨著天然場(chǎng)源航空電磁法的悄然發(fā)展，垂向傾子電磁法以幾千公里之外的信號(hào)作為激勵(lì)場(chǎng)，研究這種方法產(chǎn)生的信號(hào)可準(zhǔn)確推斷地質(zhì)體的賦存狀態(tài)，這種垂向傾子電磁法的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在具有非常深的勘探深度，適合大面積小比例尺的地質(zhì)情況的勘察。

2.1.2 航空地球物理勘查的效果分析

航空器近年來(lái)最大的突破在于大比例尺高精準(zhǔn)度的測(cè)量及軟補(bǔ)償技術(shù)的成熟利用。總精度不斷有效提升，克服飛行器電磁干擾的有效補(bǔ)償措施可采用高效的軟件補(bǔ)償技術(shù)，測(cè)定飛機(jī)的姿態(tài)信息從而對(duì)干擾磁場(chǎng)進(jìn)行有效排除。目前世界發(fā)達(dá)的勘查技術(shù)主要集中在美國(guó)，美國(guó)的LRS公司和加拿大的微重力公司，所生產(chǎn)的設(shè)備具有極高的精準(zhǔn)度，用于海洋大陸架測(cè)量，大面積的地質(zhì)模型測(cè)量，較大巖體的精準(zhǔn)探測(cè)。

2.2 地面地球物理勘查技術(shù)的主要進(jìn)展

2.2.1 地面地球物理勘查方法的現(xiàn)狀分析

近年來(lái)地面重力、磁法的運(yùn)用已經(jīng)逐漸普及并且更加成熟，地面電法發(fā)展主要有兩點(diǎn)非常顯著的成就，一是突破了簡(jiǎn)單的標(biāo)量的測(cè)量，向矢量和張量?jī)蓚€(gè)重要的維度進(jìn)行有序發(fā)展，不僅運(yùn)用了MT、AMT的方法，并且推廣了CSAMT的方法，測(cè)量的效率有非常明顯的提升。單點(diǎn)測(cè)量向陣列式測(cè)量方向的演進(jìn)，尤其是測(cè)量設(shè)備的更新?lián)Q代，涉及的方法也表現(xiàn)出多樣化的特點(diǎn)。

2.2.2 地面地球物理勘查設(shè)備的進(jìn)步

（1）硬件設(shè)備：與上世紀(jì)的發(fā)展設(shè)備相比較，我國(guó)地球物理應(yīng)用設(shè)備的環(huán)境適應(yīng)能力有非常明顯的提升，主要體現(xiàn)在下面幾個(gè)重要的標(biāo)準(zhǔn)：比如分辨率和靈敏度顯著提升；穩(wěn)定性明顯增強(qiáng)，在降低噪聲的層次上采用更為先進(jìn)的噪聲處理技術(shù)，增大發(fā)射功率，精細(xì)補(bǔ)償，多次疊加等多樣性的方式；采樣的頻率更高，數(shù)據(jù)量更大；設(shè)備的環(huán)境適應(yīng)性明顯更好，比如抗寒、抗?jié)裥阅芊浅ｏ@著。

（2）軟件設(shè)施方面：世界各國(guó)電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，帶動(dòng)社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域的科技革命，在地球物理勘查技術(shù)體現(xiàn)在出現(xiàn)了一批國(guó)際知名度非常高的地球物理軟件公司；數(shù)據(jù)的處理能力顯著上升，處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)了空間域、時(shí)間域的突破，數(shù)據(jù)的吞吐量明顯提高。數(shù)據(jù)圖示的表現(xiàn)力度更為直觀，實(shí)現(xiàn)了三維數(shù)據(jù)的完整展示，模擬技術(shù)更為成熟。

2.3 地球物理勘查技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域-以礦產(chǎn)資源為視角

在勘探礦產(chǎn)資源的過(guò)程中，采用地球物理勘查技術(shù)可對(duì)礦環(huán)境進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)成礦區(qū)帶的事先預(yù)測(cè)，圈定一個(gè)穩(wěn)定范圍，從而對(duì)礦體獲得的綜合數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，提高礦物開(kāi)采的效率，實(shí)現(xiàn)重要礦產(chǎn)資源的開(kāi)發(fā)與利用。對(duì)深大斷裂、地體銜接和板塊縫合地帶進(jìn)行劃分，對(duì)隱伏構(gòu)造也可有一個(gè)較好地預(yù)測(cè)。二維疊前偏移技術(shù)解決了傳統(tǒng)勘探的問(wèn)題，有效地提升了能源區(qū)開(kāi)采的生產(chǎn)期限和壽命，促進(jìn)了礦場(chǎng)資源開(kāi)發(fā)的創(chuàng)新和發(fā)展。

3 物探技術(shù)在土木工程地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用策略

3.1 高密度電測(cè)在土木工程地質(zhì)勘察中的應(yīng)用研究

高密度電阻率法是土木工程和地質(zhì)調(diào)查領(lǐng)域常用的一種勘探方法，是電測(cè)深與電剖面相結(jié)合的一種勘探方法。同時(shí)，它也是一種基于土和巖石導(dǎo)電性差異的地球物理方法，一般需要一種分析方法來(lái)求解簡(jiǎn)單電條件下的電場(chǎng)分布，優(yōu)點(diǎn)是操作性強(qiáng)、比較簡(jiǎn)單，過(guò)程比較方便，檢測(cè)信息很豐富，檢測(cè)結(jié)果也很準(zhǔn)確。施工現(xiàn)場(chǎng)高密度電測(cè)應(yīng)用實(shí)例分析表明，高密度電測(cè)可有效完成巖面定位，對(duì)工程施工具有一定的指導(dǎo)意義。通過(guò)對(duì)危險(xiǎn)廢物集中處置場(chǎng)高密度電勘探的實(shí)際土木工程和地質(zhì)調(diào)查，表明高密度電法勘探效果較為理想，具有巨大的應(yīng)用潛力。根據(jù)當(dāng)前高密度電勘探的實(shí)際特點(diǎn)，正在對(duì)淺層地下水泥管道進(jìn)行探針試驗(yàn)研究。調(diào)查結(jié)果表明，高密度電探能非常成功地完成對(duì)地下空洞是否存在的探查。以高密度電勘探在當(dāng)前巖溶勘探和城市管道勘探中的應(yīng)用為例，分析了在工程地質(zhì)領(lǐng)域采用高密度電勘探的可行性，高密度電勘探是一種實(shí)用的、有針對(duì)性和科學(xué)性的地球物理方法。以高密度電探在隧道等基巖地表勘探中的應(yīng)用為例，提出高密度電探對(duì)低阻地質(zhì)異常具有更高的反演精度。結(jié)合邊坡巖土工程高密度電測(cè)實(shí)測(cè)為例，對(duì)高密度電測(cè)在斜坡巖埋深勘測(cè)工程中應(yīng)用的可靠性進(jìn)行分析，高密度電探可以探測(cè)巖石表面的形狀，效果更好?？偟膩?lái)說(shuō)，高密度電勘探在當(dāng)前土木工程地質(zhì)勘察過(guò)程中的應(yīng)用前景非常廣闊。

3.2 瞬變電磁場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)

瞬變電磁場(chǎng)探測(cè)技術(shù)目前主要是利用電磁場(chǎng)感應(yīng)原理，利用專用設(shè)備引導(dǎo)電磁場(chǎng)轉(zhuǎn)換，最終完成對(duì)目標(biāo)地質(zhì)構(gòu)造特征和屬性的分析。瞬變電磁場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)本身具有速度快、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，但其應(yīng)用成本較高。從整體分析來(lái)看，上述提出的各種檢測(cè)方法，應(yīng)該是基于表面層次上的差異化特征。同時(shí)，由于技術(shù)應(yīng)用的差異，選擇的檢測(cè)方法的范圍非常廣泛。它非常靈活和可修改。實(shí)際檢測(cè)方法需要具體分析。只有這樣，才能顯著提高檢測(cè)技術(shù)的有效性。

3.3 重力檢測(cè)方法

目前，由于巖體的密度不同，其分布也不相同，這主要是受重力的影響。不同巖石之間的差異比較大，可作為進(jìn)行地殼巖石相關(guān)地質(zhì)調(diào)查工作的參考巖石密度差。該技術(shù)以萬(wàn)有引力定律為研究基礎(chǔ)，可利用重力儀器分析地質(zhì)環(huán)境中巖石密度的變化。精密重力探測(cè)可分析不同深度的地質(zhì)環(huán)境，作為定性和定量的分析數(shù)據(jù)。對(duì)于重力異常的問(wèn)題，可進(jìn)行綜合分析，對(duì)地下巖石完成了隱含信息的判斷。

3.4 勘探地震技術(shù)

地殼中的彈性波可被人工激發(fā)以啟動(dòng)反射波和折射波的快速傳播。根據(jù)線性時(shí)空時(shí)間場(chǎng)的分布規(guī)律，可進(jìn)行綜合分析和處置工作。在反射面的深度處完成對(duì)折射面深度和地質(zhì)構(gòu)造的分析，完成與數(shù)據(jù)相關(guān)的統(tǒng)計(jì)工作。

通常，在特定工作應(yīng)用過(guò)程中，探礦者通過(guò)觀測(cè)獲得的物探剖面已經(jīng)具有一定的地質(zhì)工作意義。在處理不同地質(zhì)波速的同時(shí)，也反映了材料強(qiáng)度相關(guān)指標(biāo)的差異。相同的地質(zhì)條件，它們所能承受的內(nèi)力和波的速度有一定的差異，不同地質(zhì)的波的速度也有一定的差異。淺折射非常準(zhǔn)確，因?yàn)樗梢苑治鰴z測(cè)到的洞穴和隱藏的結(jié)構(gòu)。它們通常受現(xiàn)場(chǎng)條件的限制，同時(shí)，需要對(duì)有條件的工作進(jìn)行精確控制。

3.5 電磁勘探技術(shù)

電磁勘探是根據(jù)電阻率換算規(guī)律，在人工磁場(chǎng)和自然磁場(chǎng)下對(duì)觀測(cè)點(diǎn)的深度進(jìn)行勘探。地質(zhì)深度會(huì)產(chǎn)生相對(duì)均勻的巖層分布，但最終會(huì)產(chǎn)生差異化的巖石電磁特性。電磁勘探技術(shù)是地球物理勘探技術(shù)中不可忽視的組成部分之一，在厚巖層地質(zhì)勘探中得到了有效應(yīng)用，同時(shí)也得到廣泛的認(rèn)可和應(yīng)用。位置測(cè)頻法也是一種非常高質(zhì)量的頻率檢測(cè)人工磁場(chǎng)源，它可很好地處理原始自然磁場(chǎng)的微弱特性，對(duì)于處理非常復(fù)雜多樣的地質(zhì)非常有用。人工場(chǎng)源對(duì)于全方位控制工作也非常有利，尤其是對(duì)于當(dāng)前可控源的音頻相關(guān)性分析。利用電偶極子在地下傳輸?shù)碾姶欧至縼?lái)完成所需的分析。目前可控源音頻電磁探測(cè)技術(shù)的探測(cè)深度較大，兼具剖面和深度特性。通過(guò)改變供電頻率，得到不同深度的卡尼亞電阻率。工作整體開(kāi)展，大大提高研究工作的有效性和效率。尤其是一次啟動(dòng)7個(gè)點(diǎn)的電磁探測(cè)工作，快速削弱高阻屏蔽的功能，工作效果非常理想。

3.6 地質(zhì)雷達(dá)法在當(dāng)前土木工程地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用

地質(zhì)雷達(dá)主要根據(jù)地下介質(zhì)的電參數(shù)、電磁波波形及電磁場(chǎng)強(qiáng)度產(chǎn)生的變換規(guī)律，確定地下界面和地質(zhì)體的空間位置。這種方法的優(yōu)點(diǎn)主要是無(wú)損和方便，不受附近環(huán)境的影響。目前城市工程研究正在開(kāi)展與地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)應(yīng)用相關(guān)的研究，提出地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展具有非常理想的應(yīng)用前景。將地質(zhì)雷達(dá)應(yīng)用于當(dāng)前城市地下巖溶探測(cè)，可有效完成洞穴位置調(diào)查，利用開(kāi)挖完成最后的驗(yàn)證，最終探測(cè)結(jié)果具有實(shí)用性，大可放心。地質(zhì)雷達(dá)在埋藏不深的地區(qū)探測(cè)巖溶發(fā)育，探測(cè)結(jié)果也是準(zhǔn)確的。

4 結(jié)論

綜上所述，簡(jiǎn)化的土木地質(zhì)勘探技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中仍存在諸多弊端。由于當(dāng)前社會(huì)生產(chǎn)力的不斷發(fā)展和當(dāng)前社會(huì)科學(xué)技術(shù)的快速進(jìn)步，這種情況對(duì)于工程來(lái)說(shuō)也是非常重要的。地質(zhì)勘探技術(shù)的進(jìn)步，提出新的發(fā)展要求，土木工程研究過(guò)程中必須使用地球物理技術(shù)。這將進(jìn)一步提高當(dāng)前土木工程研究中地球物理勘探技術(shù)的準(zhǔn)確性，使許多領(lǐng)域的地球物理研究工作持續(xù)快速發(fā)展。