探讨物探技术在工程地质勘察中的实际应用

陈鸿亮

摘 要：工程建设中，地质勘察是一项必不可少的工作，与工程质量、安全、效益等直接相关，单一或综合式物探技术是地质勘察的重要手段，具有快速、经济、便捷、精度高等显著优势，可实现精确地质分析，为工程建设提供可靠依据。本文首先简述物探技术概念与勘察特点，再详论物探技术应用方法，最后以两个具体工程案例，说明物探技术的应用过程。

关键词：物探技术;工程地质勘察;特点;应用

0 引言

近些年，我国工程项目建设发展迅速，至今已成为国家支柱型产业之一，对应地质勘察工作也渐显复杂与广泛，地域环境对地质勘察的影响越来越显著。为追求高质量、高效率的工程地质勘察，开始将物探技术引入其中，工程地质勘察单位要广泛、联合应用物探技术，以保障勘测数据的精确性，提升国家整体地质勘察水平。

1 物探技术概念与勘探特点

1.1 物探技术

物探技术，又称地球物理勘探技术，是一种有助于实现科学工程建设、环境保护及资源利用的先进技术，具有一定的探测深度，有些是几十米，有些是上百米，自问世至今已被广泛应用于工程地质勘察中，主要包括重力勘探、地震勘探、电法勘探、磁法勘探等方式[1]。工程地质勘察传统方法包括钻探取土法、双桥静力触探法、标准贯入实验等，虽然这些方法亦可获取一定地质信息，但随着地质勘查要求与难度的增大，由它们所形成的勘察结果已然不能充分满足现实工程需求。此时，物探技术的应用为工程地质勘察打开更广阔的局面，可显著提升勘察结果的全面性、准确性与可靠性。目前物探技术在工程地质勘察中的应用呈现多元化、综合化发展，工程实践中，勘察人员以其发展趋势与应用通常情况为基础，充分考虑具体工程情况及要求，合理選择物探技术，实现多手段、多方位应用，且地质勘察标准高精度化是项目单位在施工中的惯常做法，一般要求探测误差不可超出厘米之限。

1.2 物探勘察特点

要想实现物探技术的有效应用，就应先良好把握物探勘察特点。经实践总结，物探勘察特点主要体现在几个方面：

（1）探测深度较浅。工程物探时，通常要对相应探测深度予以控制，要使其在几米或几十米范围之内，一般不可超出百米范围;（2）探测精度较高。工程物探实践中，施工单位会要求将勘察结果精度控制在厘米范围之内，多类物探方法应用下可充分满足这一要求;（3）施工场地要求较低。物探勘察可以针对不断转变的地质条件及不断变化的物理场，与传统地质勘察相比，可有效解决相关变动因素与问题，受地理、地质、天气等影响较小，可在大多场地予以应用;（4）完成速率要求较快。物探勘察是工程基础类、测试类任务，要在规定时间内快速完成勘察目标、提供探测结果;（5）须进行多方法应用。由于工程施工地质环境多变，不同工程物探地质的地震波长、地场、磁场等具有一定差别，针对此点，物探一般以联合方式采用多种方法，以全方位勘察分析不同地质构造的物理情况[2]。

2 物探技术应用方法

2.1 重力勘探法

重力勘探法的基础理论是牛顿万有引力，主要探测与周围矿体、岩体或地表密度变化引起的重力差异，以此准确实现地质勘察相应目标，具有效果好、精度高、干扰小的特点[3]。实际工程地质勘察时，该法要采用如重力仪、扭秤之类的精密仪器，除要精准分析矿体性质、地质构造外，还要结合分析当地具体的震动情况、地形气候条件等，同时应综合分析其他有关勘察结果，以保证最终勘察结果的科学准确性。

2.2 地震勘探法

地震勘探法方式可分为折射波法、发射波法，主要依据反射、折射两种波的沿侧线方向的时间场时空分布规律明确反射、折射两面的深度与地质结果[4]。与其他物探法相比，其具有精度更高、探测深度更深、解释成果单一、成本较高等特点。实际工程勘察中，可通过明确地下介质的物理性质，如密度、弹性差异，分析大地地震波程度，推测地下岩层性质和形态。实际工程勘察中，若不作探测深度控制，该法可勘察到数千米深的地质岩层，且由于会形成单一的解释成果，因此整体勘察过程需要更高的维持成本。在科学技术的推动下，地震勘探法分辨率获得持续提升，由此而开展的地下地质构造研究呈现出精细化发展态势，促使所掌握的地质地层分布构造信息具有详细化、全面化的优势，逐渐成为工程建设的有用奠基石。

2.3 电法勘探

电法勘探，主要通过观测待测目标体电阻率或深度变化，分析随着地质深度的变化呈现出的岩层分布规律，进而掌握地质结构类型，通常应用于厚岩层地质勘探中，在城市地下管道工程的应用效果更好。具体工程勘察中，该法以供电电极差距差异性为基础，旨在获取不同深度的地质岩层数据及资料，可反映不同电阻率岩层水平分布情况，保障地下水开采的合理性及工程材料选择的科学性，且当针对水平方向倾斜岩层，其的应用效果会有所降低。物探技术研究与推行过程中，电法勘探的应用前景良好，可强力推动工程地质勘察的发展。常规电法勘探又可衍生出高密度电法勘探，其是一种可被广泛应用于工程勘察的全新技术，实现基础是地质岩土介质本身会存在一定差异。当在特定勘察点施加电场时，传导电流变化及分布情况将会被清晰检测到，继而以此判断岩土本身性质，电阻率密度越高的情况下，装置的位置、大小、排列等越会被准确测量，地面电场变化的本身规律获取可通过密切监测电流分布准确实现，继而计算得到高精度地表电阻率，最后由电阻率规律推断地质岩土性质。

2.4 磁法勘探

磁法勘探的实现基础是同种矿岩石集中存在的状态下会存在大量磁性物质，继而对地质磁场产生显著影响，表现出异常磁场现象，且随着地质勘察范围的扩大，这种现象的出现频率不断加快，而地质矿岩石间恰好会达到这种集中状态。该法需借助特殊勘测仪器完成地磁异常现象的发现与收集。工程地质勘察实践中，主要工作内容有分区处理勘察地质、划分岩土实际分布范围、明确勘探区域地质情况、制作相应地质填图等，具有极好的应用效果。

2.5 浅层分辨反射波勘探法

浅层分辨反射波勘探法通过分析不同介质波收集多类型阻抗差异，原理是反射波进入地下遭遇不同介质时会呈现出不同振幅，特别当针对差异较大介质时，振幅将会发生大幅度变化，结合式利用现有材料计算与分析波幅，而后确定不同反射层[5]。该法也需要借助可收纳与记录反射波的专业仪器，针对反射波穿过不同介质呈现出的不同程度、不同类型的传播途径变化，准确判断岩土性质。

3 物探技术在工程地质勘察中的应用过程

3.1 工程实例1

以找水工程实例，经初步地质勘查，发现该地地质环境简单。本工程地质层表层为第四系，基岩由二叠系老山段砂岩、泥岩及常夹煤层组成。为避免具体施工受扰，现组织工作人员测定工程所涉区域的详细地质状况，并分析与预测相关影响。

应用过程：（1）充分考虑工程区周围地质状况、设备与装置选址点、安全防护等，并详细收集有关地质材料。为确保勘测数据的准确性，以高密度电法勘探针对该工程。（2）实地探查完实际地形后，在充分了解障碍地形的前提下，在南北、东西两方向布置高密度电法勘探剖面，设定电极数125根，各点距不大于3m。（3）具体测量中，电性结果显示：南北向剖面基岩电性比较均匀，无異常现象出现;东西向剖面出现异常，在130～180桩点号基岩内显现出低阻区域，电阻率在140Ω以下，表明呈现第四系状况;电阻率大于600Ω，表示其上为基岩。综合这些结果，推测基线构造裂隙含水或叠层夹有薄煤层，导致基岩出现相对低阻状况。

3.2 工程实例2

以桥梁工程为例，地质环境复杂，主要由粘性土、沙土等组成，其中粘性土大多分布在地层上部，沙土大多分布在地层下部，基岩成分包括砂岩与砾岩。为全面了解桥梁地质分布状况，现组织工程人员测定区域地质活动，预测与分析相关影响。

应用过程：（1）依旧先对工程现场状况进行踏勘，选定桥址区设备布置点后，决定配合应用传统电法勘探电流直测法、浅层地震法、水域浅层坡面法精确测定实际地质地理环境。（2）电流直测法，适合应用于距离较长的状况下，在具体勘测中精度相对较差，且装备布线较为困难。实际应用时要以紧密贴合际工程状况的方式实现，结果发现泥岩电阻率较低、砾岩电阻率加较高，形成上升与下降至少两种类型的基岩曲线，分析多样化曲线分布。（3）浅层地震法实际精度较高，可提供有效弹力参数，但较难区分实际岩层性质且与实际环境关联较大，在布置相应设备时要与电流直测法互相配合，并应选择布于陆地阶段。具体应用时以高频检波器为检测设备，设置好仪器及相应参数后，分析出主要为落锤震源，以叠加方式获取有关信息数据，并借助计算机系统处理数据、转换图形，以剖面图分析后续建设方案，分析过程为图例制作、标明各岩石名称、标明各地层形成时序、标明地质涵义及相关接触关系、确定地质构造特点（褶皱、断层）等。（4）以水域浅层坡面法检测水底河床基岩起伏状况及地质构造，获取实际地理情况。（5）各方法相互补足、互相配合，最终形成价值较高的勘探成果，成为后续施工的可靠依据。

4 结语

综上所述，物探技术在工程地质勘察中具有必要性应用价值，通过单一或联合应用各类物探技术，可充分获取勘察区域地质地理数据，形成可靠性施工依据。实际应用中，勘察单位与人员要良好把握各物探技术的应用优势与局限性，在充分踏勘工程现场状况后，科学选择物探技术，并严格依照国家、行业及项目标准，展开高效勘察，切实保证地质勘查结果的质量。

参考文献

[1] 齐冀.物探技术在矿山地质勘查工程中的应用研究[J].中国金属通报，2019（3）：197-198.

[2] 王夺，高攀，陈晨.综合物探技术在岩溶塌陷区中的应用——以淮南八公山区岩溶塌陷为例[J].资源信息与工程，2019（3）：84-85.

[3] 李瑞波.物探技术在山东省威海城镇化扩展区城市地质调查中的应用[J].工程技术研究，2019（12）：89-91.

[4] 刘百祥，鲜鹏辉.浅层地震及地质雷达在地铁工程勘察中的应用[J].工程地球物理学报，2019（6）：792-798.

[5] 周西西.矿井综合物探技术在隐伏含水构造超前探测中的应用效果观察[J].世界有色金属，2019（2）：187-188.