探討物探技術在工程地質勘察中的實際應用

陳鴻亮

摘 要：工程建設中，地質勘察是一項必不可少的工作，與工程質量、安全、效益等直接相關，單一或綜合式物探技術是地質勘察的重要手段，具有快速、經濟、便捷、精度高等顯著優勢，可實現精確地質分析，為工程建設提供可靠依據。本文首先簡述物探技術概念與勘察特點，再詳論物探技術應用方法，最后以兩個具體工程案例，說明物探技術的應用過程。

關鍵詞：物探技術;工程地質勘察;特點;應用

0 引言

近些年，我國工程項目建設發展迅速，至今已成為國家支柱型產業之一，對應地質勘察工作也漸顯復雜與廣泛，地域環境對地質勘察的影響越來越顯著。為追求高質量、高效率的工程地質勘察，開始將物探技術引入其中，工程地質勘察單位要廣泛、聯合應用物探技術，以保障勘測數據的精確性，提升國家整體地質勘察水平。

1 物探技術概念與勘探特點

1.1 物探技術

物探技術，又稱地球物理勘探技術，是一種有助于實現科學工程建設、環境保護及資源利用的先進技術，具有一定的探測深度，有些是幾十米，有些是上百米，自問世至今已被廣泛應用于工程地質勘察中，主要包括重力勘探、地震勘探、電法勘探、磁法勘探等方式[1]。工程地質勘察傳統方法包括鉆探取土法、雙橋靜力觸探法、標準貫入實驗等，雖然這些方法亦可獲取一定地質信息，但隨著地質勘查要求與難度的增大，由它們所形成的勘察結果已然不能充分滿足現實工程需求。此時，物探技術的應用為工程地質勘察打開更廣闊的局面，可顯著提升勘察結果的全面性、準確性與可靠性。目前物探技術在工程地質勘察中的應用呈現多元化、綜合化發展，工程實踐中，勘察人員以其發展趨勢與應用通常情況為基礎，充分考慮具體工程情況及要求，合理選擇物探技術，實現多手段、多方位應用，且地質勘察標準高精度化是項目單位在施工中的慣常做法，一般要求探測誤差不可超出厘米之限。

1.2 物探勘察特點

要想實現物探技術的有效應用，就應先良好把握物探勘察特點。經實踐總結，物探勘察特點主要體現在幾個方面：

（1）探測深度較淺。工程物探時，通常要對相應探測深度予以控制，要使其在幾米或幾十米范圍之內，一般不可超出百米范圍;（2）探測精度較高。工程物探實踐中，施工單位會要求將勘察結果精度控制在厘米范圍之內，多類物探方法應用下可充分滿足這一要求;（3）施工場地要求較低。物探勘察可以針對不斷轉變的地質條件及不斷變化的物理場，與傳統地質勘察相比，可有效解決相關變動因素與問題，受地理、地質、天氣等影響較小，可在大多場地予以應用;（4）完成速率要求較快。物探勘察是工程基礎類、測試類任務，要在規定時間內快速完成勘察目標、提供探測結果;（5）須進行多方法應用。由于工程施工地質環境多變，不同工程物探地質的地震波長、地場、磁場等具有一定差別，針對此點，物探一般以聯合方式采用多種方法，以全方位勘察分析不同地質構造的物理情況[2]。

2 物探技術應用方法

2.1 重力勘探法

重力勘探法的基礎理論是牛頓萬有引力，主要探測與周圍礦體、巖體或地表密度變化引起的重力差異，以此準確實現地質勘察相應目標，具有效果好、精度高、干擾小的特點[3]。實際工程地質勘察時，該法要采用如重力儀、扭秤之類的精密儀器，除要精準分析礦體性質、地質構造外，還要結合分析當地具體的震動情況、地形氣候條件等，同時應綜合分析其他有關勘察結果，以保證最終勘察結果的科學準確性。

2.2 地震勘探法

地震勘探法方式可分為折射波法、發射波法，主要依據反射、折射兩種波的沿側線方向的時間場時空分布規律明確反射、折射兩面的深度與地質結果[4]。與其他物探法相比，其具有精度更高、探測深度更深、解釋成果單一、成本較高等特點。實際工程勘察中，可通過明確地下介質的物理性質，如密度、彈性差異，分析大地地震波程度，推測地下巖層性質和形態。實際工程勘察中，若不作探測深度控制，該法可勘察到數千米深的地質巖層，且由于會形成單一的解釋成果，因此整體勘察過程需要更高的維持成本。在科學技術的推動下，地震勘探法分辨率獲得持續提升，由此而開展的地下地質構造研究呈現出精細化發展態勢，促使所掌握的地質地層分布構造信息具有詳細化、全面化的優勢，逐漸成為工程建設的有用奠基石。

2.3 電法勘探

電法勘探，主要通過觀測待測目標體電阻率或深度變化，分析隨著地質深度的變化呈現出的巖層分布規律，進而掌握地質結構類型，通常應用于厚巖層地質勘探中，在城市地下管道工程的應用效果更好。具體工程勘察中，該法以供電電極差距差異性為基礎，旨在獲取不同深度的地質巖層數據及資料，可反映不同電阻率巖層水平分布情況，保障地下水開采的合理性及工程材料選擇的科學性，且當針對水平方向傾斜巖層，其的應用效果會有所降低。物探技術研究與推行過程中，電法勘探的應用前景良好，可強力推動工程地質勘察的發展。常規電法勘探又可衍生出高密度電法勘探，其是一種可被廣泛應用于工程勘察的全新技術，實現基礎是地質巖土介質本身會存在一定差異。當在特定勘察點施加電場時，傳導電流變化及分布情況將會被清晰檢測到，繼而以此判斷巖土本身性質，電阻率密度越高的情況下，裝置的位置、大小、排列等越會被準確測量，地面電場變化的本身規律獲取可通過密切監測電流分布準確實現，繼而計算得到高精度地表電阻率，最后由電阻率規律推斷地質巖土性質。

2.4 磁法勘探

磁法勘探的實現基礎是同種礦巖石集中存在的狀態下會存在大量磁性物質，繼而對地質磁場產生顯著影響，表現出異常磁場現象，且隨著地質勘察范圍的擴大，這種現象的出現頻率不斷加快，而地質礦巖石間恰好會達到這種集中狀態。該法需借助特殊勘測儀器完成地磁異常現象的發現與收集。工程地質勘察實踐中，主要工作內容有分區處理勘察地質、劃分巖土實際分布范圍、明確勘探區域地質情況、制作相應地質填圖等，具有極好的應用效果。

2.5 淺層分辨反射波勘探法

淺層分辨反射波勘探法通過分析不同介質波收集多類型阻抗差異，原理是反射波進入地下遭遇不同介質時會呈現出不同振幅，特別當針對差異較大介質時，振幅將會發生大幅度變化，結合式利用現有材料計算與分析波幅，而后確定不同反射層[5]。該法也需要借助可收納與記錄反射波的專業儀器，針對反射波穿過不同介質呈現出的不同程度、不同類型的傳播途徑變化，準確判斷巖土性質。

3 物探技術在工程地質勘察中的應用過程

3.1 工程實例1

以找水工程實例，經初步地質勘查，發現該地地質環境簡單。本工程地質層表層為第四系，基巖由二疊系老山段砂巖、泥巖及常夾煤層組成。為避免具體施工受擾，現組織工作人員測定工程所涉區域的詳細地質狀況，并分析與預測相關影響。

應用過程：（1）充分考慮工程區周圍地質狀況、設備與裝置選址點、安全防護等，并詳細收集有關地質材料。為確保勘測數據的準確性，以高密度電法勘探針對該工程。（2）實地探查完實際地形后，在充分了解障礙地形的前提下，在南北、東西兩方向布置高密度電法勘探剖面，設定電極數125根，各點距不大于3m。（3）具體測量中，電性結果顯示：南北向剖面基巖電性比較均勻，無異常現象出現;東西向剖面出現異常，在130～180樁點號基巖內顯現出低阻區域，電阻率在140Ω以下，表明呈現第四系狀況;電阻率大于600Ω，表示其上為基巖。綜合這些結果，推測基線構造裂隙含水或疊層夾有薄煤層，導致基巖出現相對低阻狀況。

3.2 工程實例2

以橋梁工程為例，地質環境復雜，主要由粘性土、沙土等組成，其中粘性土大多分布在地層上部，沙土大多分布在地層下部，基巖成分包括砂巖與礫巖。為全面了解橋梁地質分布狀況，現組織工程人員測定區域地質活動，預測與分析相關影響。

應用過程：（1）依舊先對工程現場狀況進行踏勘，選定橋址區設備布置點后，決定配合應用傳統電法勘探電流直測法、淺層地震法、水域淺層坡面法精確測定實際地質地理環境。（2）電流直測法，適合應用于距離較長的狀況下，在具體勘測中精度相對較差，且裝備布線較為困難。實際應用時要以緊密貼合際工程狀況的方式實現，結果發現泥巖電阻率較低、礫巖電阻率加較高，形成上升與下降至少兩種類型的基巖曲線，分析多樣化曲線分布。（3）淺層地震法實際精度較高，可提供有效彈力參數，但較難區分實際巖層性質且與實際環境關聯較大，在布置相應設備時要與電流直測法互相配合，并應選擇布于陸地階段。具體應用時以高頻檢波器為檢測設備，設置好儀器及相應參數后，分析出主要為落錘震源，以疊加方式獲取有關信息數據，并借助計算機系統處理數據、轉換圖形，以剖面圖分析后續建設方案，分析過程為圖例制作、標明各巖石名稱、標明各地層形成時序、標明地質涵義及相關接觸關系、確定地質構造特點（褶皺、斷層）等。（4）以水域淺層坡面法檢測水底河床基巖起伏狀況及地質構造，獲取實際地理情況。（5）各方法相互補足、互相配合，最終形成價值較高的勘探成果，成為后續施工的可靠依據。

4 結語

綜上所述，物探技術在工程地質勘察中具有必要性應用價值，通過單一或聯合應用各類物探技術，可充分獲取勘察區域地質地理數據，形成可靠性施工依據。實際應用中，勘察單位與人員要良好把握各物探技術的應用優勢與局限性，在充分踏勘工程現場狀況后，科學選擇物探技術，并嚴格依照國家、行業及項目標準，展開高效勘察，切實保證地質勘查結果的質量。

參考文獻

[1] 齊冀.物探技術在礦山地質勘查工程中的應用研究[J].中國金屬通報，2019（3）：197-198.

[2] 王奪，高攀，陳晨.綜合物探技術在巖溶塌陷區中的應用——以淮南八公山區巖溶塌陷為例[J].資源信息與工程，2019（3）：84-85.

[3] 李瑞波.物探技術在山東省威海城鎮化擴展區城市地質調查中的應用[J].工程技術研究，2019（12）：89-91.

[4] 劉百祥，鮮鵬輝.淺層地震及地質雷達在地鐵工程勘察中的應用[J].工程地球物理學報，2019（6）：792-798.

[5] 周西西.礦井綜合物探技術在隱伏含水構造超前探測中的應用效果觀察[J].世界有色金屬，2019（2）：187-188.