物探技術(shù)在工程地質(zhì)勘察中的應(yīng)用

高祖有

（中國(guó)有色金屬工業(yè)昆明勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，云南 昆明 650051）

物探技術(shù)隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展也不斷提升，物探技術(shù)在不斷發(fā)展歷程中，逐漸形成一個(gè)繁多、龐大而完整的科學(xué)體系，數(shù)學(xué)、物理的各個(gè)分支都滲透到這個(gè)領(lǐng)域之中。物探技術(shù)相較于其他勘查方法，具有透視性、效率高、條件性等特點(diǎn)，如何更好的利用物探技術(shù)本身的優(yōu)勢(shì)應(yīng)用于工程地質(zhì)的勘察中，是本文要探討的問題?？傊锾郊夹g(shù)工作的最終目的是通過得到地下物質(zhì)體物性信息，分析解釋出地質(zhì)結(jié)論、地質(zhì)成果。

1 物探技術(shù)概述

物探技術(shù)即地球物理勘探技術(shù)，物探技術(shù)采用不同的物理方法和物探儀器探測(cè)天然或者人工的地球物理場(chǎng)變化，能夠?qū)Y源利用采取可行的方案以及進(jìn)行有效的環(huán)境保護(hù)。物探技術(shù)在相關(guān)技術(shù)不斷發(fā)展的過程中，不斷在相關(guān)領(lǐng)域進(jìn)行技術(shù)突破，打破了以往傳統(tǒng)的勘探技術(shù)并且更加廣泛的應(yīng)用于工程地質(zhì)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(jù)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(zhì)體或者地質(zhì)構(gòu)造通過物理現(xiàn)象的表現(xiàn)形式反映出物探方法解釋推斷的一個(gè)結(jié)果，是間接的一種物探方法。地球物理勘探儀器的發(fā)展趨向是更加輕便化、多功能化、數(shù)字化和智能化。

2 工程地質(zhì)勘察概述

工程地質(zhì)勘察的任務(wù)總體上是勘察出一定程度上符合工程建設(shè)規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工的可靠地質(zhì)條件，以合理有效利用自然和地質(zhì)條件，對(duì)不利的地質(zhì)因素進(jìn)行及時(shí)勘察，保障建筑物的安全和建設(shè)條件[2]?？辈斓目傮w任務(wù)可以歸納為：選擇地質(zhì)條件優(yōu)越的建筑場(chǎng)地，核實(shí)它的地質(zhì)條件；對(duì)場(chǎng)地內(nèi)地質(zhì)條件進(jìn)行勘察，排除崩塌、滑坡、巖溶等地質(zhì)物理現(xiàn)象；對(duì)地基巖石的巖石年代、巖石特性、地質(zhì)構(gòu)造等進(jìn)行勘察；地下水的類型、水質(zhì)、埋深以及分布的變化勘察；防范措施的提出和處理方法。對(duì)于工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)的不同階段，勘察工作也分為了幾個(gè)階段，目的是逐步對(duì)復(fù)雜或者特殊的地質(zhì)條件進(jìn)行施工勘察，給出合理的勘察方案[3]。

3 物探技術(shù)在工程地質(zhì)勘察中的重要意義

工程實(shí)踐的大量證明，物探技術(shù)對(duì)于工程地質(zhì)勘探過程中的技術(shù)運(yùn)用和地質(zhì)勘察具有實(shí)際意義。第一，地球物理探測(cè)技術(shù)對(duì)比較有特點(diǎn)的地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行最大范圍的地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)察、預(yù)報(bào)、防災(zāi)減災(zāi)等工作，能夠較準(zhǔn)確得對(duì)相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施進(jìn)行指導(dǎo)。第二，地球物理探測(cè)技術(shù)對(duì)工程實(shí)施當(dāng)中的預(yù)防災(zāi)害措施提供相應(yīng)的技術(shù)保障措施，同時(shí)建立一定的災(zāi)害超前預(yù)警，對(duì)公共安全進(jìn)行保障，保護(hù)我們的生存區(qū)域的安全。第三，在水文地質(zhì)探測(cè)中，運(yùn)用地球物理方法可以對(duì)水文地質(zhì)特征進(jìn)行間接判斷，能夠很快的控制測(cè)區(qū)樣貌，對(duì)水文地質(zhì)勘探工程的設(shè)計(jì)與施工進(jìn)行向?qū)?。第四，在物質(zhì)災(zāi)害勘察設(shè)計(jì)方面，運(yùn)用地球物理方法可以對(duì)區(qū)域地質(zhì)環(huán)境條件進(jìn)行重點(diǎn)調(diào)查。在水文和物質(zhì)災(zāi)害勘察設(shè)計(jì)方面的作用都是其他勘查技術(shù)不能達(dá)到的一種效果[4]。

地球物理探測(cè)技術(shù)對(duì)于工程建設(shè)的速度和效率有明顯的助推作用之外，還能對(duì)于工程的質(zhì)量和安全起到保障的作用，從而對(duì)人類社會(huì)的經(jīng)濟(jì)變化、文化發(fā)展等產(chǎn)生積極影響。對(duì)工程質(zhì)量的影響和對(duì)隱性地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行勘察都是物探技術(shù)的重要工作內(nèi)容，運(yùn)用得當(dāng)對(duì)發(fā)揮物探技術(shù)的優(yōu)勢(shì)具有重要意義，同時(shí)有利于構(gòu)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(shù)在工程地質(zhì)勘察中的應(yīng)用

4.1 物探技術(shù)作用于地質(zhì)勘察的兩項(xiàng)任務(wù)

工程地質(zhì)勘察中有兩項(xiàng)需要物探技術(shù)完成的任務(wù)：第一個(gè)是探測(cè)基巖層的埋深、產(chǎn)狀和性質(zhì)，基巖層的埋深就是覆蓋層的厚度，就是基巖巖性的地質(zhì)填圖（地質(zhì)填圖是礦產(chǎn)普查和勘探中的一種基本工作方法，即對(duì)礦區(qū)進(jìn)行系統(tǒng)的地質(zhì)觀察），對(duì)于勘探基巖層往往采用電測(cè)深或者淺層折射法來探測(cè)。電測(cè)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(gè)測(cè)深點(diǎn)上，以此對(duì)這個(gè)測(cè)深點(diǎn)底下的不同深度的地質(zhì)情況進(jìn)行斷面判斷；淺層折射方法是對(duì)地震和地震折射的波形進(jìn)行檢測(cè)測(cè)出風(fēng)化層的速度和厚度。第二個(gè)就是檢測(cè)斷層的趨勢(shì)、物理特性和距離，這個(gè)過程的勘察使用的是電剖面法或者淺層這設(shè)法來查明斷層，對(duì)隱伏斷層進(jìn)行速度填圖，電剖面法主要勘察巖溶裂隙、溶洞和暗河；運(yùn)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(yùn)動(dòng)的特性分析出來間接的基礎(chǔ)證據(jù)[6]。

4.2 物探技術(shù)作用于環(huán)境工程地質(zhì)勘察

工程地質(zhì)中的環(huán)境地質(zhì)具有一些人和自然作用因素導(dǎo)致的狀況改變，可能會(huì)造成工程跟不上經(jīng)濟(jì)發(fā)展或者一些災(zāi)害性的發(fā)生，比如巖溶區(qū)域建筑物、道路和礦石因?yàn)槌樗Χ却蠡蛘叽笠?guī)模采礦導(dǎo)致坍塌，水庫(kù)的滲漏、地震、滑坡和泥石流等自然災(zāi)害的影響，這些環(huán)境地質(zhì)勘探除了可以進(jìn)行電法和淺層折射法之外，還可以選用自然電場(chǎng)法、淺層測(cè)溫法、微地震和地噪聲測(cè)量，井中透視、電視和井下超聲成像方法[7]。環(huán)境工程地質(zhì)是環(huán)境地質(zhì)學(xué)的重要組成部分，研究如何避開和改造不利的工程地質(zhì)條件，能使物探技術(shù)在環(huán)境工程地質(zhì)勘察中得到更好的應(yīng)用。

4.3 地質(zhì)監(jiān)測(cè)

對(duì)環(huán)境工程進(jìn)行地質(zhì)監(jiān)測(cè)，包括使用經(jīng)由衛(wèi)星和航空遙感的圖像隨著時(shí)間變化帶來信息，可以對(duì)天然或人為因素引起的環(huán)境工程進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并對(duì)災(zāi)害性事件作出預(yù)測(cè)，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(zhì)塌陷需要進(jìn)行確定的核算，就采用不同時(shí)期的衛(wèi)星和航空遙感圖象進(jìn)行比較研究，研究出地質(zhì)的發(fā)展變化方向和預(yù)測(cè)可能發(fā)生的災(zāi)害性事件。運(yùn)用技術(shù)監(jiān)視滑坡和預(yù)測(cè)滑坡的手段對(duì)地質(zhì)進(jìn)行定期的航空攝影，對(duì)地下的水位和水溫進(jìn)行監(jiān)測(cè)等[8]。

4.4 電磁法

電磁法物理勘探技術(shù)是采用電磁感應(yīng)的原理在導(dǎo)電性能和導(dǎo)磁性能不同的巖石和礦石中進(jìn)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(chǎng)對(duì)地質(zhì)體感應(yīng)激發(fā)產(chǎn)生的不同尋常的特征和規(guī)律來尋找礦體或解決某些地質(zhì)問題；地面電磁是用于地面找礦勘探的電磁法，按照觀測(cè)參量分類的方法，分為傾角法、虛實(shí)分量法、振幅相位法、橢圓極化法等；井中電磁法是用時(shí)間域和頻率域在鉆孔時(shí)研究電磁感應(yīng)現(xiàn)象的方法。地質(zhì)具有高導(dǎo)磁性的情況下，電磁法作用于地質(zhì)，產(chǎn)生二次磁場(chǎng)，可以判斷地下導(dǎo)磁體的存在和一些水文水質(zhì)的問題。

4.5 探地雷達(dá)

探地雷達(dá)可以探測(cè)金屬物體和非金屬物體，發(fā)射的天線向地質(zhì)以下發(fā)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(zhì)，地下介質(zhì)遭遇到有電性差異的另一個(gè)界面時(shí)發(fā)生反射現(xiàn)象，產(chǎn)生電磁波波形下不同的地理位置、構(gòu)造、狀態(tài)和埋深。探地雷達(dá)作業(yè)時(shí)，在雷達(dá)機(jī)器的作用下，脈沖源產(chǎn)生周期性的毫微秒信號(hào)，并直接反饋給發(fā)射天線，通過發(fā)射天線耦合到地下的信號(hào)在傳播路徑上遇到非均勻體時(shí)，產(chǎn)生反射信號(hào)，位于地面的接收天線在接收到地下回波后，直接傳輸?shù)浇邮諜C(jī)，信號(hào)在接收機(jī)經(jīng)過整形和放大后進(jìn)行處理，通過電纜傳輸?shù)嚼走_(dá)主機(jī)，經(jīng)過處理后傳輸?shù)轿C(jī)。在微機(jī)中對(duì)信號(hào)依照幅度大小進(jìn)行編碼。

4.6 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)與監(jiān)測(cè)

建筑工程地質(zhì)條件的各個(gè)要素在專門的觀測(cè)儀器下，長(zhǎng)時(shí)間的觀察檢測(cè)出來的一系列發(fā)展變化的適合工程建筑活動(dòng)使用的地質(zhì)條件和自然地質(zhì)條件。主要的觀察檢測(cè)內(nèi)容有：表現(xiàn)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(cè)出巖體表面受到的破壞力，對(duì)質(zhì)點(diǎn)速度引起的爆破進(jìn)行觀察，對(duì)系統(tǒng)人工加固的載荷變化進(jìn)行檢測(cè)。這些項(xiàng)目工作流程是進(jìn)一步縮進(jìn)工程檢查的進(jìn)程，施工和建筑物使用期間，工程地質(zhì)會(huì)進(jìn)一步進(jìn)行觀測(cè)，長(zhǎng)時(shí)間觀測(cè)留下的資料需要進(jìn)行整理分析，是為了更好的檢驗(yàn)工程的正確率還有對(duì)工程實(shí)施合理的評(píng)價(jià)。

5 總結(jié)

物探技術(shù)對(duì)大范圍的地質(zhì)探測(cè)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?qū)Φ刭|(zhì)不同剖面進(jìn)行勘察，留下的三維資料可以更好的作為在控制和異常點(diǎn)上進(jìn)行勘察、試驗(yàn)工作的參考資料，既能提高準(zhǔn)確性，又能提高精準(zhǔn)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(zhì)條件中選擇不同的勘察方法，才能更好的發(fā)揮物探技術(shù)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，物探需要間接的合作方式來獲取地質(zhì)的信息，所以，物探技術(shù)間的合作也十分重要，對(duì)工程不同的類別、勘察不同的階段、工程地質(zhì)不同的地質(zhì)條件，制定專門的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和施工方案。