浅谈物探技术在地质勘察中的应用

浅谈物探技术在地质勘察中的应用

作者：程忠诚 张倩

来源：《建筑建材装饰》2015年第02期

摘要：工程物探就是针对具体工程项目，通过专门的仪器观测这些地球物理场的分布和变化特征，然后结合已知地质资料进行分析研究，推断出地下岩土介质的性质和环境资源等状况，从而达到解决地质问题的目标。文章对几种工程物探技术在岩土工程中的应用进行了介绍，并对其前景进行了探讨。

关键词：工程物探技术；岩土工程；前景 前言

地球物理勘探是通过观测和研究各种地球物理场的变化来解决地质问题的一种勘察方法。在自然界，不同的物理作用具有不同的物理场，例如，在重力作用的空间有重力场（重力勘探）；天然或人工建立的电（磁）力作用的空间有电（磁）场（电法勘探和磁法勘探）；波动传播的空间有波场（地震勘探）等。而组成地壳的不同岩土介质往往在密度、弹性、电性、磁性、放射性以及导热性等方面存在差异，这些差异将引起相应地球物理场的局部变化，对于这种与地下岩土介质局部变化有关的地球物理场的变化，称之为异常场。随着工程物探技术的发展，其在岩土工程中的应用越来越广泛，对于很多岩土工程问题的解决发挥了重要的作用，具有十分广阔的应用前景 1物探方法的含义

工程物探从学科上讲是一个独立的学科，但在工程勘察领域它是一种为岩土工程服务的综合应用技术。现代化工程建设中的工程地质勘查工作是保障工程建设高效完成的前提。工程地质勘查中物探方法是目前应用最广的地质探测手段，物理地质探测方法是利用地球内部和周围存在的物理场进行探测。物理场是由物理作用的物质空间形成的，物探技术的全称是地球物理探测技术，通过专业技术和相关设备对地球物理场的变化特征进行观察和数据收集、整理，为现代化工程建设提供有力的依据。根据地质勘查地形以及地理条件的不同，可选择不同类型的物探方法，但是在实际应用中，一定要确保物探方法的应用安全性与可行性，要结合多方面因素来考虑问题，如考虑被测对象的地质条件、是否出现滑坡、地下水实际情况等等。 （1）界面问题：主要有岩土体的界面划分，地质构造和软弱结构面的判定，以及不良地质体的地质界面等。

（2）形态问题：主要有不明地下物体、空洞，以及界面的分布形态、埋藏位置和埋藏深度等。

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

（3）参数问题：岩土工程勘察、设计所需的各种参数，如动力参数、卓越周期、结构自振周期、剪切波速等。

2工程物探资料的分析和解释

工程物探数据的野外采集是工程物探工作的关键。如何把野外采集的有关数据通过内业的分析、计算、解释成工程地质资料对物探工程师来说更为重要。解释成果的正确与否直接影响到岩土工程师对岩土工程问题的分析、判断和处理方案的选择，事关工程的安全。这就需要物探工程师除了拥有深厚的本专业知识外，还要有丰富的岩土工程专业知识。工程物探资料的分析和解释，以弹性波勘探方法为例，首要的任务是分离和压制妨碍分辩有效波的干扰波，保留能够解决某一特定工程地质问题的有效波。从理论上说，可以通过硬件和软件来实现，但实际上分离和压制是有限度的，而干扰波的存在是永远的。物探工程师只有具有丰富的实践经验，才能在众多的测试数据中识别出干扰波和有效波，去伪存真，得到真实的解释成果。其次由于物探方法的多解性，因此，工程物探资料的分析、解释成果还必须与钻探、原位测试、室内试验成果等进行对比、验证。在对比中两者不一致的情况时有发生，对此要具体分析，关键是否做出正确解释，比如弹性波物探方法是根据弹性波在岩土体中的传播速度来划分地层界面。但是由于弹性波速度反映的是地层的力学性质，不同的地层可能具有不同的力学性质，也可能具有相同或相近的力学性质。当弹性波速度相同或相近，两个地层紧接在一起时，在解释上便可能出现同一速度层。出现这种情况并不可怕，怕的是由于其它干扰波的叠加、影响造成的假判、误判，造成解释成果出现较大的偏差。只有通过对比、验证、积累经验，才能促进分析、解释技术水平的提高。物探工程师对物探资料的解释、分析是借助岩土体力学性质变化特征去认识岩土体的内在本质，而岩土工程师是从地质学的角度、岩土体的外表特征去认识和判别岩土体的内在本质。

3工程物探技术在工程地质勘查中的应用前景 3.1地震波层析成像技术

地震波层析成像技术使用浅层地震仪作为主要的仪器，因此浅层地震仪相关的优点都能够在这个技术中得到充分的体现。地震波层析成像技术能给排除地表障碍物以及风化层带来的影响，从而通过地质钻探来进行剖面测试。地震波层析成像技术剖面测试主要受到电缆和井深的制约，电缆长度和井深越大，地震波层析成像技术剖面的深度就越大。地震波层析成像技术具有成图效果好、简单直观，能给直接利用，因此在工程地质中受到广泛的重视和推广。 3.2隧道地震勘探（TSP）方法

该方法与其它超前地质预报的设备相比，最大优点是：探测距离远，分辨率高，抗干扰能力强，影响施工很少。TSP超前地质探测作为一种新型的工程地球物理探测方法，采用深度偏移成像方法，提高了解释精度和预报的准确性。因此，该方法具有很好的应用前景。但是TSP在实际工作中也存在较多问题，最主要的问题就是不良地质条件的判断缺乏明确的指标，更多

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

依赖于经验，特别是地质专家的经验。其次，对于与隧道走向近乎平行的断裂带、饱水带，以及几何形状为圆柱体或圆锥体的溶洞等等，尚无法探测识别，这也将是下一步的研究工作重点。另外，TSP探测所能解决的问题，与施工单位直接需要解决的问题（围岩级别和塌方可能性评价）有一定的差距。为了解决这个问题，技术人员还要补充学习一些地质力学知识，最好辅以跟踪地质工作。要提高超前地质预报的精度，除了提高解译水平外，最好是应用两种或两种以上的长期预报方法进行相互印证，从而尽量使多解变为单解。 3.3电法测探

电法测探主要通过相应设备直接从观测点深入到地下，并通过电阻率来观察其变化情况，从而了解到各个宕层分布情况。由于该方法能对宕层的分布情况以及变化情况进行深入研究，因此受到人们的广泛关注。近年来高密度电阻率法得到了显著的发展，并越来越多的应用在城市工程中，用以获取浅层地质中的相关信息。这一方法一般是将地质结构进行有效的划分之后而对其进行探测。对于宕层进行研究过程中，这方法能够对水平方向或者有较小倾斜角的宕层进行探测，而如果倾斜角过大那么电测探法也就存在着一定的难度。由此可见，如果对该地质测量的目的深度与周边物质之间存在着较大的物理性质差异，并且通过相关设备测出不同宕层的分布规律出现异常，那么我们就可以采用这种方法进行探测。 3.4地质雷达

虽然地质雷达技术有着较为广阔的应用前景，但也存在一些局限性，主要体现在两个方面。（1）探测深度方面，由于地质雷达发射的电磁波频率越高，电磁波在地下介质中衰减越厉害，探测距离越小，同时分辨率越低。因此在不增加地质雷达体积和重量的情况下，如何提高其发射功率和分辨率还有待于研究。（2）地质雷达受地面金属体、电线等干扰较大，因此如何避免或较好地压制这些干扰，较为真实地反映地下情况，也是一个值得研究的课题。地质雷达技术作为一种物探手段，同样存在多解性和目标体方向不确定性的缺陷。因此，要把地下介质的电性转化为地质情况，必须把地质、钻探、探地雷达这三个方面资料有机地结合起来，建立测区的地质-地球物理模型，才能获得正确的地下地质模式。 4结语

由于各种物探方法的应用都依据一定的物理前提，且地质、地球物理条件和边界特征对测试成果具有较大的影响，使得这些方法技术存在着一定的条件性和局限性，加之大中型重点工程大多具有比较复杂的地质和工程问题，所以采用单一的物探方法一般难以查明或解决有关地质和工程问题，此时应根据被探测的目的层或目的物的埋深、规模及其与周边介质的物性差异，合理地选择一种或几种有效的工程物探方法，以提高物探成果的地质解释精度和成果分析质量。 参考文献：

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

[1]王振东.浅层地质勘探应用技术[M].北京：地质出版社，1994

[2]李晓斌，蔡向民，赵勇，王志辉.物探方法在城市地质勘查中的应用[J].城市地质，2008（04）

[3]杨玉春，刘康和.试析综合物探的意义和作用[J].西部探矿工程，2005（11）