1、1刍议地球物理勘查法在工程地质中的应用摘要：随着地球物理勘查学科技术的发展和地质、矿产、工程对地球物理勘查的需求逐渐增加，地球物理勘查的服务对象也逐渐增加，而用于解决工程地质及工程结构等问题越来越广泛。本文就基于地球物理勘查法进行分析，同时也探讨了该方法目前在工程地质中的具体应用。 关键词：地球物理勘查法工程地质应用 中图分类号： G633.7 文献标识码： A 随着我国国民经济的快速发展，资源需求与保障能力之间的矛盾日益突出，资源勘查已成为当前地质工作的重要任务。而地球物理勘查学科涵盖了地质、矿产、工程等多个领域，近期和今后发展的主攻方向是提高探测目标的空间几何分辨率，增强识别、区分、描述尺
2、度更小和结构更复杂的探测目标的能力，区分物性反差较弱的探测目标的能力，提高适应在复杂地形、地貌、不利地表条件及各种人文干扰条件下的工作能力，提高资料综合解释的能力。但是，地球物理勘查观测结果的多解性，又困扰着资料的正确推断解释，因此，如何正确选择和合理运用这些方法，充分发挥方法技术各自的优势，就显得尤为重要。 地球物理勘查法的概述 地球物理勘查是以勘查对象的物理性质和数理理论为基础，以发现地球物理差异为手段，解释和推断工程地质勘察、区域地质调查和工程2结构病害检测问题为主要任务的前沿地质学科。简单的说就是应用物理学原理勘查地下矿产、研究地质构造的一种方法和理论。目前，该技术在矿产勘查中，特别是
3、在寻找深部隐伏矿产方面，物探不可替代的作用日益突显；而在工程地质勘察中，特别是在高速公路、铁路等线性工程勘察中，物探扮演的角色越来越重要；在区域地质调查中，特别是深部地质构造调查中，物探已成为主要调查手段；在工程病害检测中，物探也已成为独特的快速、无损工程结构检测方法。随着经济发展和社会进步，物探的服务领域将越来越广泛，物探方法技术也将随之得到发展，物探将进一步超越地学学科，为解决社会进步和经济发展所面临的新课题发挥重要的作用。 2、地球物理勘查的技术方法 目前主要的物探方法有重力勘探、磁法勘探、电法勘探、地震勘探、放射性勘探、地温测量等。依据服务对象可分为区域物探、矿产物探、工程物探和深部物
4、探；或者是依据工作空间的不同，又可分为地面物探、航空物探、海洋物探、井中物探等。由于本文篇幅有限，本文就主要介绍的是几种发展较快的电法勘探方法在工程地质中的应用。电法勘探方法可以追溯到 19 世纪初，至今已有 100 多年的历史。而我国电法勘探始于 20 世纪 30 年代。经过 70 余年的发展，我国的电法勘探无论在基础理论、方法技术和应用效果等方面都取得了巨大的进展，使电法成为应用地球物理学中方法种类最多、应用面最广、适应性最强的一门分支学科。同时，经过广大地球物理工作者不懈努力，在深部构造、矿产资源、水文及工程地质、考古、环保、地质灾害、反恐等领域，电法已经和正在3发挥着重要作用。 3、电
5、法勘探方法在工程地质中的应用 3.1、激发极化法在工程地质中的应用 激发极化法是根据岩石、矿石的激发极化效应来寻找金属和解决水文地质、工程地质等问题的一组电法勘探方法。常用的电极排列有中间梯度排列、联合剖面排列、固定点电源排列、对称四极测深排列等。也可以用使矿体直接或间接允电的办法来圈定矿体的延展范围和增大勘探深度。在实际地质应用方面，初期的激电法主要用于助 A 硫化金属矿床，后来发展到诸多领域，如工程地质问题等。近年来，激电法找水效果十分显著，被誉为“找水新法” 。早在上世纪 60 年代，国外学者就提出了用激电二次场衰减速度找水的思想。而我国也开展了有关研究，就是利用其激电法找水或确定地层的
6、含水性。 3.2、高密度电法在工程地质中的应用 高密度电法指的是直流高密度电阻率法，但由于从中发展出直流激发极化法，所以统称高密度电法。高密度电阻率法实际上是一种阵列勘探方法，野外测量时只需将全部电极(几十至上百根)置于测点上，然后利用程控电极转换开关和微机工程电测仪便可实现数据的快速和自动采集。我国是从 20 世纪末期开始研究高密度电法及其应用技术，从理论方法和实际应用的角度进行了探讨并完善。目前，高密度电法与常规电阻率法相比，高密度电法最大的优点是野外数据采集实现了自动化或半自动化，提高了数据采集速度，避免了手工误操作。同时随着地球物理反演方法的发展，高密度电法资料的电阻率成像技术也从一维
7、和二维发展4到三维，极大地提高了地电资料的解释精度。高密度电法应用领域比较广，尤其在水文和工程地质勘查方面，一般与激发极化法相结合，这样不仅可以降低地球物理解释的多解性，而且还可以提高找水的成功率。高密度电阻率法在确定高阻或低阻地质体具有优越性，但低阻地质体并不代表富含地下水，可能是由于泥岩引起地层的电阻率下降。这时，可以通过使用激电法来区分含水地层和泥岩，因为激电二次场与岩石的孔隙有关，在纯粹泥岩中极化率比较小，在含水砂砾岩中极化率比较大。此外二次场的衰减速度也与孔隙的大小、形状和宽窄有关，这就是激电法找水的机理所在。 3.3、瞬变电磁法在工程地质中的应用 瞬变电磁法，是利用不接地回线或接地
8、线源向地下发射一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场间歇期间利用线圈或接地电极观测地下介质中引起的二次感应涡流场，从而探测介质电阻率的一种方法。瞬变电磁法最初是由前苏联学者在 20 世纪 30 年代提出用于解决地质构造问题，在我国，该方法研究始于 70 年代，直到 90 年代后才逐步向工程检测、环境、灾害等应用领域发展。不过，虽然瞬变电磁法的工作效率高，但也不能取代其它电法勘探手段，这是因为瞬变电磁法当遇到周边有大的金属结构时地面或空间的金属结构时，所测到的数据不可使用，此时应补充直流电法或其它物探方法。同时在地层表面遇到大量的低阻层矿化带时瞬变电磁法也不能可靠的测量，因此在选择测量时要考虑地质结构。因
9、此，在测量过程中，要随时记录地表可见的岩石特征，装置的倾角以及高程，以便在后续的解释中，准确的划分地层构造。同时在进入工区前尽量寻5找已知地层的基准点对仪器进行校准，以确保测量的准确性。 3.4、可控源音频大地电磁法在工程地质中的应用 可控源音频大地电磁法是电磁法的一种，它的主要特点是用人工控制的场源做频率测深。采用人工场源可以克服天然场源信号微弱的缺点，但是波的非平面波特性决定了处理资料时的复杂性。可控源音频大地电磁法采用可控制人工场源，测量由电偶极源传送到地下的电磁场分量，两个电极电源的距离为 12 千米，测量是在距离场源 510 千米以外的范围进行，此时场源可以近似为一个平面波。由于该方
10、法的探测深度较大，并且兼有剖面和测深双重性质，因此具有诸多优点。比如它是利用改变频率而非改变几何尺寸进行不同深度的电测深，提高了工作效率，一次发射可同时完成 7 个点的电磁测深。并且它的高阻屏蔽作用小，可以穿透高阻层，与大地电磁法和音频大地电磁法法相同，可控源音频大地电磁法也受静态效应和近场效应的影响，可以通过多种静态校正方法来消除静态效应的影响。 4、结束语 总之，目前地球物理勘查法已经引进现代电子计算器技术，进一步压制干扰，提高分辨能力，提取更多的有用信息，发展反演的理论和技术，提高各类地质问题的地球物理解释、推断效果并不断提高地球物理数据处理的工作效率和图像处理技术。而地球物理勘探技术在未来发展趋势主要是向高精度、多功能、数字化和智能化的方向发展。同样，现代地质学理论的发展，也促使了深部地质问题的研究愈显重要，而应用于这方面研究的地球物理勘探方法，已显示出其潜力和优越性。 6参考文献： 1王福海.青岛海湾大桥工程地质地球物理勘查关键技术研究D.中国海洋大学,2009. 2吴慧山,谈成龙.我国核地球物理勘查的若干新进展J.地球物理学报,1997,S1:317-325. 3冯思佳.瞬变电磁法及其在工程地质中的仿真研究D.东北石油大学,2012.
