地球物理勘探在工程地質(zhì)勘察中的應(yīng)用分析

黃國(guó)松

（中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心廣東總隊(duì)，廣東 廣州 510000）

在社會(huì)高速發(fā)展背景下，人們對(duì)工程項(xiàng)目施工建設(shè)，資源開發(fā)利用等工作的質(zhì)量要求不斷提高，為滿足項(xiàng)目施工活動(dòng)對(duì)地質(zhì)勘探工作的需要，可以將地球物理勘探技術(shù)應(yīng)用于地質(zhì)工程勘察工作中，以提升工程勘測(cè)工作深度、廣度與精度。

1 常用的地球物理勘探技術(shù)

1.1 地震勘探技術(shù)

地震勘探技術(shù)是當(dāng)前工程地質(zhì)勘探工作中較為常用的一種地球物理勘探技術(shù)，這一技術(shù)的應(yīng)用原理是通過(guò)人工激發(fā)彈性波，并使其在地殼中傳播，然后通過(guò)觀察彈性波的反射波與折射波傳播情況的方式，了解到時(shí)間軸沿測(cè)線方向的時(shí)空分布規(guī)律，獲取相應(yīng)反射面的深度、折射面的深度、地質(zhì)性質(zhì)與構(gòu)造等數(shù)據(jù)信息?，F(xiàn)階段地震勘探技術(shù)主要包括反射波勘探技術(shù)與折射波勘探技術(shù)兩種，相對(duì)其他地球物理勘探技術(shù)，地震勘探技術(shù)并不需要進(jìn)行復(fù)雜的勘探成果分析，因此相較來(lái)說(shuō)，這一勘探技術(shù)的操作較為簡(jiǎn)單。但為了盡可能提升地震勘探技術(shù)應(yīng)用的準(zhǔn)確性，需要投入較大的勘探成本。

1.2 重力勘探技術(shù)

由于不同密度的巖體局部重力存在一定的差異，為了準(zhǔn)確判斷巖體結(jié)構(gòu)，可以應(yīng)用以牛頓萬(wàn)有引力加速度為基礎(chǔ)的重力勘探技術(shù)，通過(guò)重力測(cè)量?jī)x器檢測(cè)連體重力加速度值的差異情況，實(shí)現(xiàn)不同地殼礦體、巖體密度信息的勘察。在實(shí)際的地質(zhì)勘察工作中，合理應(yīng)用重力勘探技術(shù)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)重力形成的非正常信息，通過(guò)對(duì)信息結(jié)果進(jìn)行研究的方式，準(zhǔn)確判斷土層、土體的不同密實(shí)度狀況，實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)隱藏?cái)?shù)據(jù)的精準(zhǔn)識(shí)別，為后續(xù)工程地質(zhì)結(jié)構(gòu)狀況分析工作提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。

1.3 電磁勘探技術(shù)

電磁勘探技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，可以將儀器設(shè)備放置于天然或人工磁場(chǎng)中，通過(guò)分析觀測(cè)點(diǎn)深度變化。或電阻率變化情況的方式，了解地層深度變化時(shí)的巖層分布規(guī)律，了解不同巖石的具體電學(xué)特征。在當(dāng)前的工程地質(zhì)勘探，電磁勘探技術(shù)廣泛被應(yīng)用于厚巖層地質(zhì)勘探工作中，并且取得了良好的地質(zhì)勘探效果。位置測(cè)頻法是一種高質(zhì)量的頻率檢測(cè)人工磁場(chǎng)源在實(shí)際地質(zhì)勘探工作中，這一技術(shù)方法可以對(duì)原始自然磁場(chǎng)進(jìn)行合理處理，滿足復(fù)雜地質(zhì)勘探工作的需要。同時(shí)，這種人工場(chǎng)源可以滿足人們對(duì)全方位勘探控制工作的需要，將其合理應(yīng)用于地質(zhì)勘探工作中，可以有效地提升勘探工作的效率。

1.4 地質(zhì)雷達(dá)勘探技術(shù)

地質(zhì)雷達(dá)勘探技術(shù)是一種通過(guò)分辨地下介質(zhì)電性參數(shù)與幾何形態(tài)差異的方式，依據(jù)電磁波傳播環(huán)節(jié)波形與電磁場(chǎng)強(qiáng)度變化規(guī)律的方式，確定地下界面或地質(zhì)體的空間位置與地下介質(zhì)結(jié)構(gòu)。在當(dāng)前的地質(zhì)勘探工作中地質(zhì)雷達(dá)勘探技術(shù)主要以高頻電磁波為探測(cè)場(chǎng)源，借助發(fā)射天線向地下發(fā)射具有一定中心頻率的牛仔波電磁脈沖，然后利用接收天線接收地下不同介質(zhì)界面產(chǎn)生的反射回波，通過(guò)對(duì)反射回波進(jìn)行分析的方式了解地下墓地體的結(jié)構(gòu)與位置。

1.5 瞬變電磁場(chǎng)勘探技術(shù)

瞬變電磁場(chǎng)勘探技術(shù)是一種以電磁感應(yīng)原理為基礎(chǔ)，通過(guò)應(yīng)用測(cè)定儀器完成電磁場(chǎng)變化感應(yīng)工作的方式，了解分析目標(biāo)地質(zhì)構(gòu)造的具體特征與屬性。在當(dāng)前的工程地質(zhì)勘探工作中，快捷、靈敏是瞬變電磁感應(yīng)技術(shù)應(yīng)用的主要優(yōu)點(diǎn)，成本偏高是這一技術(shù)應(yīng)用的主要缺點(diǎn)。

1.6 高密度電阻率法

在土木工程地質(zhì)調(diào)查工作中，高密度電阻率法是一種較為常用的地質(zhì)勘探方法，注意技術(shù)方法，可以看作是電測(cè)深與電剖面技術(shù)結(jié)合到一起的勘探方法，同時(shí)，也被看作是一種通過(guò)分析土體與巖石導(dǎo)電性差異獲得勘探信息的地球物理勘探方法。在實(shí)際地質(zhì)勘探工作中，高密度電阻率法在應(yīng)用時(shí)，需要先采用一種合適的分析方法求解簡(jiǎn)單電條件下的場(chǎng)分布情況，相較其他的地質(zhì)勘探方法，高密度電阻率法有著操作性較強(qiáng)、過(guò)程較為方便、檢測(cè)信息比較豐富、測(cè)定結(jié)果極為準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)對(duì)這一技術(shù)方法的實(shí)踐應(yīng)用情況進(jìn)行分析，可以了解到，高密度電阻率法的合理應(yīng)用可以有效完成巖面定位工作，進(jìn)而為后續(xù)土木工程施工活動(dòng)的開展提供指導(dǎo)。同時(shí)，對(duì)危險(xiǎn)廢物集中處理廠地質(zhì)勘探工作中，高密度電阻率法的應(yīng)用情況進(jìn)行分析可以了解到，這一技術(shù)方法不僅可以滿足土木工程地質(zhì)調(diào)查工作的需要，還保證了勘探工作取得了理想的勘探效果。

1.7 綜合物理勘探技術(shù)

近年來(lái)，隨著工程地質(zhì)勘探工作復(fù)雜度的不斷提升，人們對(duì)于地球物理勘探技術(shù)應(yīng)用效果有了更高的要求。由于不同的地質(zhì)勘探技術(shù)均存在自身獨(dú)有的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)階段，為進(jìn)一步提升地質(zhì)勘探工作的準(zhǔn)確性與可靠性，在實(shí)際的地質(zhì)勘探工作中，將多種地球物理勘探技術(shù)結(jié)合到一起，共同開展某一區(qū)域的地質(zhì)勘探工作，成了切實(shí)提升勘探信息準(zhǔn)確性滿足后續(xù)工程項(xiàng)目施工需要的重要舉措。

2 地球物理勘探技術(shù)應(yīng)用實(shí)例

在某水利工程施工建設(shè)過(guò)程中，為了保證地下洞室開挖基巖穩(wěn)定性、邊坡穩(wěn)定性均能滿足本次工程施工建設(shè)的需要，在工程地質(zhì)勘探工作中，工作人員合理應(yīng)用了地震勘探技術(shù)，通過(guò)合理分析彈性波信息的方式，了解該區(qū)域的實(shí)際地質(zhì)情況。

2.1 技術(shù)應(yīng)用價(jià)值

在本次水利工程施工活動(dòng)中，合理應(yīng)用地震勘探技術(shù)。第一，可以切實(shí)了解該區(qū)域松散沉積物的分層情況。在勘探過(guò)程中，通過(guò)分析彈性波傳播速度差異性的方式了解各類型松散沉積物的分層情況。第二，可以了解不同物質(zhì)的埋深與起伏狀態(tài)。在勘探過(guò)程中，應(yīng)用地震勘探技術(shù)可以有效探查覆蓋層下基巖的埋深與起伏形態(tài)。第三，可以確定風(fēng)化殼厚與形態(tài)。利用彈性波可以探查該區(qū)域基層巖風(fēng)化殼的厚度與變形規(guī)律。第四，可以確定斷層的基本狀況。通過(guò)分析可以了解到該區(qū)域基巖斷層破碎帶的具體情況，并確定斷層的斷距與類型。第五，可以了解溶洞的基本情況。通過(guò)分析可以查明該區(qū)域隱伏的溶洞發(fā)育帶，并確定溶洞的位置，了解破碎帶的寬度與埋深。第六，確定并計(jì)算隱伏溶洞與覆蓋層之間的水力聯(lián)系。借助彈性波探測(cè)覆蓋層中的溶蝕地段。第七，確定活動(dòng)斷層。利用彈性波探查基巖斷層在第四系地層中的形跡，確定其是否為活動(dòng)斷裂。

2.2 數(shù)據(jù)分析公式

在利用探測(cè)技術(shù)開展水利工程巖體地質(zhì)分類與質(zhì)量評(píng)價(jià)工作時(shí)，受不同巖性巖體組合以及復(fù)雜結(jié)構(gòu)面的影響，彈性波在巖體中的傳播速度會(huì)發(fā)生改變?？紤]到不同巖體基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)會(huì)影響彈性波在傳播過(guò)程中表現(xiàn)出的傳播特性，因此，在分析巖體時(shí)，可以將彈性波作為地質(zhì)分類的定量指標(biāo)，通過(guò)測(cè)定巖體中彈性波傳播速度的方式，完成該區(qū)域巖體工程地質(zhì)分類工作。在實(shí)際分析過(guò)程中，彈性波的縱波速度可以表示為：橫波速度可以表示為：瑞利表面波速可以表示為：。上述公式中，G 指的是介質(zhì)的剛度模量；E 指的是介質(zhì)的彈性模量；v指的是介質(zhì)的泊松比；ρ指的是介質(zhì)的密度；λ指的是介質(zhì)的拉梅常數(shù)。同時(shí)，利用彈性力學(xué)理論對(duì)上述三種波速關(guān)系進(jìn)行分析，可以得到：，。在實(shí)際的水利工程地質(zhì)勘測(cè)工作中，在應(yīng)用地震法獲得相應(yīng)的彈性波測(cè)定數(shù)據(jù)后，可以借助上述公式完成不同地層巖土體物理力學(xué)參數(shù)的確定工作。

2.3 具體數(shù)據(jù)收集

數(shù)據(jù)收集是地震勘探技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中的基礎(chǔ)性工作之一，數(shù)據(jù)收集的準(zhǔn)確性與地質(zhì)勘探質(zhì)量之間存在直接的聯(lián)系?？紤]到水利工程地質(zhì)勘探環(huán)境相對(duì)復(fù)雜，需要工作人員應(yīng)用專業(yè)性的設(shè)備獲取相應(yīng)的地質(zhì)信息，并對(duì)這些信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)與分析，實(shí)現(xiàn)勘探區(qū)域地質(zhì)情況的有效預(yù)測(cè)。在數(shù)據(jù)獲取工作中，為保證地震勘探技術(shù)取得了良好的應(yīng)用效果，工作人員可以先選擇一個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)點(diǎn)開展分析工作，并將這一數(shù)據(jù)點(diǎn)內(nèi)獲取的數(shù)據(jù)信息描繪在同一個(gè)數(shù)據(jù)分析平面內(nèi)，應(yīng)用動(dòng)態(tài)分析模式，對(duì)該區(qū)域地質(zhì)變化情況進(jìn)行詳細(xì)描述。在數(shù)據(jù)信息描述工作結(jié)束后，工作人員可以通過(guò)對(duì)信息立體成像特點(diǎn)進(jìn)行分析的方式，對(duì)該區(qū)域的具體情況進(jìn)行一個(gè)初步的判定，為后續(xù)數(shù)據(jù)詳細(xì)分析工作的開展提供支持。

2.4 實(shí)地勘察分析步驟

在實(shí)地勘察過(guò)程中，確定地質(zhì)構(gòu)造的步驟為：首先，以本次工程的實(shí)際情況出發(fā)，確定合適的直線長(zhǎng)度。其次，利用預(yù)先設(shè)置好的測(cè)波器，測(cè)定測(cè)線上各點(diǎn)位振動(dòng)傳播的耗時(shí)，并將其作為縱軸。最后，以波源的距離為橫軸，得出時(shí)間—距離曲線，并對(duì)其進(jìn)行分析。需要注意的是，在分析時(shí)間—距離曲線的過(guò)程中，工作人員需要先明確曲線具體負(fù)荷的情況。然后，依據(jù)曲線的切點(diǎn)傾斜程度，完成斜率計(jì)算工作，確定彈性波在各層的傳播速度。同時(shí)，在開展核算工作時(shí)，可以對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行核實(shí)，以便完成理論值的實(shí)測(cè)工作，最終得到能夠準(zhǔn)確展示該地區(qū)實(shí)際情況的地質(zhì)構(gòu)造分析圖。

2.5 穩(wěn)定性分析

（1）承載力核算與抗滑穩(wěn)定性分析。在開展水利工程地質(zhì)勘察工作時(shí)，若將大壩基礎(chǔ)作為巖體結(jié)構(gòu)，那么需要對(duì)其抗滑穩(wěn)定性進(jìn)行分析，以便切實(shí)了解大壩基礎(chǔ)在水利工程投入使用后能否具備良好的使用效果。在實(shí)際分析過(guò)程中，可以借助彈性波法判斷。大壩基礎(chǔ)巖體結(jié)構(gòu)類型，然后，通過(guò)在大壩基礎(chǔ)上開展巖體荷載、邊界條件等限制因素的方式，實(shí)現(xiàn)大壩基礎(chǔ)巖體滑移地質(zhì)模型的設(shè)置。在模型構(gòu)建工作完成后，工作人員可以利用分析模擬軟件開展模型的巖體模擬實(shí)驗(yàn)，通過(guò)對(duì)巖體實(shí)驗(yàn)結(jié)果、滑動(dòng)面材料組成、結(jié)構(gòu)特征等信息進(jìn)行分析的方式，確定大壩基礎(chǔ)巖體的抗剪強(qiáng)度。

（2）地下工程圍巖與巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析?，F(xiàn)階段，為保證水利工程地下巖體的穩(wěn)定性能夠滿足工程施工建設(shè)的需要，在開展工程地質(zhì)勘探工作時(shí)，工作人員可以利用彈性波法對(duì)工程圍巖巖體進(jìn)行分析，完成工程地質(zhì)劃分工作，然后按照劃分結(jié)果，分塊開展巖體基礎(chǔ)構(gòu)造的分析工作。在分析圍巖體結(jié)構(gòu)時(shí)，需要重點(diǎn)關(guān)注斷層面、節(jié)理縫隙、軟弱夾層、空域附近邊界面相互結(jié)合構(gòu)造體等信息，然后結(jié)合施工人員的工作經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)用合適的分析方法，判定圍巖巖體的穩(wěn)定性。

2.6 提升勘察質(zhì)量的方法

（1）應(yīng)用數(shù)字化勘察技術(shù)。在信息技術(shù)飛速發(fā)展的背景下，地質(zhì)勘察工作也朝著信息化，數(shù)字化的方向發(fā)展。在本次水利工程勘察工作中，將數(shù)字化勘察技術(shù)與地震勘察技術(shù)融合到一起，在完成基礎(chǔ)信息勘察工作的同時(shí)，合理利用信息化技術(shù)手段構(gòu)建三維立體地質(zhì)勘察模型，通過(guò)將相應(yīng)數(shù)據(jù)信息填充到模型當(dāng)中的方式，可以使該區(qū)域整體地質(zhì)信息直觀地展現(xiàn)在工作人員眼前。

（2）提升人員素質(zhì)。為保證地震勘探工作獲取的數(shù)據(jù)信息具備較高的精確度，在本次工程水利工程勘察工作推進(jìn)過(guò)程中，應(yīng)保證勘察人員具備較高的專業(yè)素質(zhì)，在發(fā)現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，能夠采取合理的措施消除人員因素對(duì)勘察結(jié)果造成的干擾。為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，在本次勘察工作開展前，勘察單位不僅需要對(duì)工作人員的專業(yè)能力進(jìn)行考核，確保工作人員具備良好的專業(yè)素養(yǎng)與道德品質(zhì)，還需要通過(guò)組織勘察人員開展專業(yè)知識(shí)培訓(xùn)的方式，確?？辈烊藛T在本次地質(zhì)勘察活動(dòng)中能夠合理應(yīng)用勘察設(shè)備完成勘察工作。

（3）加強(qiáng)勘察過(guò)程控制。盡管相較其他地球物理勘察技術(shù)，地震勘察技術(shù)操作較為簡(jiǎn)單，但在實(shí)際勘察工作中，這一技術(shù)仍涉及專業(yè)技術(shù)要點(diǎn)?，F(xiàn)階段，為保證勘察結(jié)果的準(zhǔn)確性，加強(qiáng)勘察過(guò)程控制成為一項(xiàng)極為必要的工作。在本次水利工程地質(zhì)勘察活動(dòng)開展前，勘察單位不僅需要選培一批專業(yè)的勘察人員，還需要在明確勘察人員專業(yè)能力的基礎(chǔ)上，明確相應(yīng)的勘察施工管理?xiàng)l例，對(duì)本次勘察工作相關(guān)的技術(shù)信息進(jìn)行闡述，并對(duì)工作人員的權(quán)責(zé)進(jìn)行合理劃分。在保證工作人員在后續(xù)勘察工作中能夠充分了解自身工作內(nèi)容與具體工作方法的基礎(chǔ)上，避免權(quán)責(zé)推諉情況的出現(xiàn)。

（4）加強(qiáng)設(shè)備管理。在地震勘探技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，勘察儀器設(shè)備的總價(jià)值相對(duì)較高，若設(shè)備管理不當(dāng)，那么不僅會(huì)影響地震勘察結(jié)果的準(zhǔn)確性，還會(huì)因開展設(shè)備運(yùn)維管理工作，而增大地質(zhì)勘察工作的整體成本?，F(xiàn)階段，為提升勘察設(shè)備管控工作的有效性，在正式開展地質(zhì)勘察工作前，工作人員需要對(duì)本次水利工程施工地點(diǎn)進(jìn)行調(diào)查分析，明確將相應(yīng)設(shè)備運(yùn)輸?shù)娇辈斓攸c(diǎn)的具體交通工具、耗時(shí)、路況等信息，在合理規(guī)劃儀器設(shè)備運(yùn)輸路徑的基礎(chǔ)上，開展儀器設(shè)備的檢測(cè)工作。在保證儀器設(shè)備均處于正常工作狀態(tài)后，開展設(shè)備運(yùn)輸工作，在將設(shè)備運(yùn)輸?shù)乃こ痰刭|(zhì)勘探區(qū)域后，對(duì)設(shè)備的性能進(jìn)行檢查，矯正相應(yīng)參數(shù)，確保儀器設(shè)備能夠在后續(xù)地質(zhì)勘察工作中正常運(yùn)轉(zhuǎn)。需要注意的是，若在設(shè)備性能檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)儀器設(shè)備存在某些性能問(wèn)題，那么，工作人員需要將問(wèn)題及時(shí)記錄在工作日志上，并由專業(yè)的檢修人員對(duì)其進(jìn)行處理，在保證測(cè)定數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的同時(shí)，為本次水利工程地質(zhì)勘察施工活動(dòng)質(zhì)量水平的提升提供支持。

3 結(jié)語(yǔ)

總而言之，工程地質(zhì)勘察工作是保證主體工程穩(wěn)定性與安全性的重要基礎(chǔ)性工作，在當(dāng)前工程施工環(huán)境越發(fā)復(fù)雜的背景下，工作人員可以在明確工程項(xiàng)目具體情況的基礎(chǔ)上，應(yīng)用合適的地球物理勘探技術(shù)，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)情況的準(zhǔn)確分析，以便為后續(xù)工程項(xiàng)目施工活動(dòng)的順利開展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。