地球物理勘查法在工程地質中的應用

梁恩金

摘要：地球物理探測是利用物理學理論對地球進行調查研究，它具有快速、信息量大、遠程測量等優(yōu)點，它不僅可以對深部地質狀況進行研究，而且可以對礦產資源進行勘察。地球物理勘察法主要是根據不同巖石之間的物理性質差異來解決地質和工程結構上的問題，因此地球物理勘察法對工程地質的研究有著十分重要的重要的作用。目前，地球物理勘察技術已經取得了一定的進步和發(fā)展，本文將主要闡述地球物理勘查法在工程地質中的應用。

關鍵詞：地球物理勘察法;工程地質

目前，隨著社會的快速發(fā)展和國民經濟的顯著提高，以及國家和城市的基礎建設也日益增加，因此社會和人們對資源的需求量也越來越高，所以做好資源勘察工作也成了地質工作中的重要任務。為了提高礦產資源開發(fā)的質量和效率，提高地球物理勘察技術的水平以及將地球物理勘察技術廣泛應用在工程地質中是一個必然的要求。

1.地球物理勘察法的發(fā)展

地球物理勘察法有著長遠的歷史發(fā)展，早在640年，瑞典人嘗試利用羅盤尋找磁鐵礦，這也就為后人勘察資源奠定了基礎。1870年，瑞典的地質學家泰朗和鐵貝爾發(fā)明了萬能磁力儀，并且正式將磁法勘察作為一種地球物理方法。進入20世紀以后，隨著科學技術快速發(fā)展，多種地球勘察方法被廣泛應用，例如磁法、自然電位法、激發(fā)極化法等。這些方法不僅具有很高的精確度和靈敏度，而且可以適用于不同復雜的地質中。例如激發(fā)極化法不僅可以區(qū)分蝕變和硫化物類型，而且可以區(qū)分人工引起的耦合異常。近30年來，我國的地球勘測法取得了明顯的進步，并且取得了顯著的地質效果，但是我國的地球物理勘測技術和設備和世界發(fā)達國家相比還是有一定差距的。地球物理勘察根據研究對象的不同可以劃分為：金屬地球物理勘探、石油地球物理勘探、煤田地球物理勘探、水文地質地球物理勘探、工程地質地球物理勘探和深部地質地球物理勘探等。工程地質地球物理勘察是地球物理勘察中十分重要的一部分，因為工程地質地球物理勘察對國家的可持續(xù)發(fā)展有著關鍵性作用，并且工程地質地球物理勘察技術的水平決定著國家礦產資源的利用率。

2.地球物理勘測法在工程地質中的應用

（1）高密度電阻率法。不同巖石的電阻率不相同，巖石的電阻率受多種復雜的因素影響，例如含水量、礦物結構、顆粒結構等等。運用電阻率可以對工程地質進行勘探，因為含水量是決定巖石層電阻率的重要因素，所以用電阻率進行勘探其實就是對巖石層中的含水層就行電阻率的測定。運用電阻率物探方法不僅可以確定巖石層的水含量，而且也對水文地質勘探發(fā)揮了重要作用。高密度電阻率法和普通電阻率法的工作原理相同，其工作原理圖如圖1所示，電源通過A、B兩點向地下提供電流，然后測量出M、N兩點間的電勢差，在利用物理中的閉合電路，歐姆定律求得M與N點之間的電阻率。

高密度電阻率法這是一種勘察地下水資源的有效方法，因為非含水地層和含水介質之間存在著電性差異，并且我們可以建立含鹽量和電阻率之間的關系，所以它不僅可以獲取水循環(huán)的條件以及含水層的位置信息，而且可以對含鹽量進行動態(tài)的監(jiān)測。另外，由于高密度電阻率法的準確性可以對一些水文地質參數進行確定和校正。

（2）激發(fā)極化法。應用激發(fā)極化法來解決地質問題是以礦石、巖石激發(fā)極化的差異為基礎，而激發(fā)極化技術其實就是一個充電、放電的過程，并且在這個過程中會產生附加電場的現象。在充電過程中，首先向地下地質提供一個直流脈沖時，并且保證供應電流保持不變，這時會發(fā)現地面上兩個測量電極的地位差會隨著時間逐步增加，最終達到一個平衡值。在放電過程中，當電流斷開時會發(fā)現電極電位差迅速衰減，并且衰減速率也逐漸變慢，最終電位差衰減為零。

最初，激電法主要用于勘察硫化金屬礦床，但是隨著科學技術水平的提高，將電激法和高密度電阻率法高效的結合，可以降低地球物理解釋的多解性。激發(fā)極化法在地質勘查中有著十分廣泛的應用，被譽為“找水新法”，它不僅可以確定巖石層的含水性，而且極大的提高找水的成功率。

（3）可控源音頻大地電磁法。可控源音頻大地電磁法的簡稱是CSAMT，它是由ATM（音頻大的電磁）和MT（大地電磁法）相結合的一種地質勘探方法，其實可控源音頻大地電磁法也是一種電磁法。可控源音頻大地電磁法具有人工控制場源的特性，從而來測量電偶極源到地下的電磁場的分量。一般情況下，兩個電偶極源相距1km～2km，而測量的位置需要距場源5km～10km，而可控源音頻大地電磁法的工作頻率一般為10kHz～0.125Hz，所以運用可控源音頻大地電磁法進行勘探時，勘探深度往往會達到幾千米。因為可控源音頻大地電磁法不受外界的干擾，所以用該方法測定的數據都比較準確。可控源音頻大地電磁法是根據物理學中的麥克斯韋方程組，以及電磁波的傳播理論，從而確定出電場強度、磁場強度和視電阻率的關系式。

可控源音頻大地電磁法可以解決比較深層次的地質問題，因為其具有勘探深度很深以及勘探數據很準確的優(yōu)點，所以可控源音頻大地電磁法往往用于地熱勘察和水文地質勘查，并且取得了良好的地質效果，另外可控源音頻大地電磁法還可以用于尋找深部的基巖裂縫水。

（4）瞬變電磁法。瞬變電磁法的簡稱是TEM。瞬變電磁法的工作原理是首先利用接地線或者不接地線源向地下發(fā)送一次場，在一次脈沖磁場間歇期間利用線圈或接地電極觀測地下介質中引起的二次感應渦流場，從而探測介質電阻率的一種方法。其基本工作方法是：于地面或空中設置通以一定波形電流的發(fā)射線圈，從而在其周圍空間產生一次電磁場，并在地下導電巖礦體中產生感應電流：斷電后，感應電流由于熱損耗而隨時間衰減，如圖2所示。因為瞬變電磁法是直接觀測純二次場，所以就避免了一次場產生的影響，因此瞬變電磁法具有探測深度深、橫向分辨率高、體積效應小等優(yōu)點。

瞬變電磁法是一種比較先進的地球物理勘察法，和其他勘測方法相比，它的勘探深度更深，工作效率更高。近年來，瞬變電磁法主要應用于探測低阻覆蓋層下的良導電地質，并且也用來確定水文地質構造類型和在沖擊層地區(qū)估算基層的埋深和地下水位，另外，瞬變電磁法在濱海含水層查明和繪制海水入侵分布圖、咸淡水見面等。但是，瞬變電磁法不能取代其他的勘探方法，因為在使用瞬變電磁法進行勘探時，金屬結構會對數據造成極大的影響。總之，瞬變電磁法具有極大的優(yōu)勢，并對對我國的工程地質勘探具有很大的積極作用。

（5）地面核磁共振法。地面核磁共振法的簡稱是SNMR。地面核磁共振法是利用不同物質的原子核馳豫的性質來找到地質層中的水，并且對地質層中的水質子產生的核磁共振信號的變化規(guī)律進行研究。在用地面核磁共振法進行探測時，在探測范圍內的水都會被探測到，而且地面核磁共振法找水的原理可以決定找到多少水。就目前來看，核磁共振法是世界上唯一的直接找到水的地球物理新方法，并且也是世界上的尖端技術。地面核磁共振法不受地形、環(huán)境等客觀因素的影響、信息量豐富、垂直分辨率高，并且性價比很高、工作也很快速。當前，地面核磁共振法就是不能用于探測埋藏深度在150m以下的地下水，因為在這個過程中很容易受電磁噪音的影響。

綜上所述，地球物理勘察法主要包括高密度電阻率法、激發(fā)極化法、可控源音頻大地電磁法、瞬變電磁法、地面核磁共振法，并且這些方法都在工程地質中有著廣泛的應用，但是每種方法都存在著優(yōu)勢和不足，沒有哪一種方法可以應用于不同的地質、可以滿足勘探的需要。只有根據不同的地質條件和工作要求，才能決定使用哪一種地球物理勘察法，多種勘察法的結合使用往往會取得更高的勘探效果。時代在進步，社會在發(fā)展，地球物理勘查技術只有不斷創(chuàng)新才能使工程地質勘察進入新的階段。

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