物探方法现状及未来展望

物探方法现状及未来展望

发表时间：2018-12-12T17:02:36.277Z 来源：《基层建设》2018年第29期作者：刘晨阳

[导读] 工程物探方法作为水文地质、工程地质以及环境地质勘探都必不可少的方法之一，与我国的工程建设事业息息相关。

吉林大学建设工程学院工程地质系长春 130026

工程物探方法作为水文地质、工程地质以及环境地质勘探都必不可少的方法之一，与我国的工程建设事业息息相关。通过应用地球物理方法，达到探查建筑物地基、地下管线以及地下不良地质体和覆盖层等目的，工程物探在工程建设中发挥着至关重要的作用。 1现有的物探方法

工程物探所采用的技术方法种类繁多，根据不同的工作环境，可以分为航空物探、地面物探和地下物探三类。根据所使用的仪器设备和所依据的原理又可划分为：电法勘探、地震勘探以及电磁勘探、重力勘探。

浅层地震勘探由于具有精度高、分辨率高、探测深度大并且对场地要求较小的优点而在工程地质勘探中发挥着至关重要的作用，其勘探方法可分为反射波法、折射波法和透射波法，工程勘察中常常根据不同的勘探精度和适用性而选择不同的方法。反射波法由于对场地的开阔程度较折射波法小并且激发所用的爆炸药量较小而被广泛使用。地震勘探是根据地层岩石之间的弹性参数差异勘探的。反射波法反映的是波阻抗界面，不同的地层其波阻抗不同从而可以根据岩石弹性参数的差异划分出覆盖层与基岩的分界面，达到探测覆盖层厚度的目的。

高密度电阻率法具有探测密度高、信息量大、工作效率高的优点，能够直观的反映出一定厚度或规模的软弱夹层、砂层，空洞和地下水位，对地层周围地质情况反映明显，根据岩矿石的电性差异可以对地层进行分层，有助于在工程施工过程中较为准确的找出病害区和基岩面，是覆盖层探测的可选方法。地质雷达具有勘探精度高，对场地范围大小和起伏程度要求不高，探测方向性好的优点，对厚度较薄的地层反映异常清晰，对于富水区、破碎带和空洞反映明显，根据覆盖层和基岩之间明显的介电常数差异可以对覆盖层的厚度进行探测。 2综合物探方法的广泛使用

在工程地质勘察中，勘察的对象与周围的环境或介质往往存在着某种差异，而这些差异所呈现出的天然或者人为物理场的分布特征则能反映出地下的地质特征，为工程的建设以及施工提供有效的勘探依据。然而，地下介质参数并不是由单一参数决定的，如果只是考虑单一的物性参数所得出来的物探资料很难具有说服力，地下介质的复杂性造就了物探方法的多解性，因此在勘探过程中大多是结合地质以及地球物理的特征，选择其最优的组合方法，将多种物探方法综合使用，最终通过钻探资料验证，从而得出物探方法在工程勘察中的应用效果。

高密度电阻率法[1]是一种阵列勘探的二维勘探的方法，上世纪70年代末有学者研究发现了传统电法勘探有许多不足之处，因此产生了阵列电法勘探的思想；英国学者所设计的电测深装置即为高密度电法的雏型。如下图1所示：

图1电法工作原理图

20世纪80年代，日本株会社借助于电极转换板暂时实现了高密度电法的野外数据采集，然而由于设计的不完善，这套设备并没有完全发挥出高密度电法纵横向二维勘探的优越性。至80年代末，高密度电法开始传入中国，一些高校和科研部门对高密度电法进行了技术研究，理论联系实践，从而对方法理论和相关的技术问题进行了完善。经过科研工作者的不懈努力与研究，高密度电阻率法的数据处理和反演已经由二维逐步发展到三维，三维数据场的可视化已经得到了实现。高密度电阻率法由于工作效率高，反映的地电信息量较大已经被广泛应用于工程地质中去，如基岩面的调查，建筑选址及断层等其他地质灾害探测等。地质雷达最早的雏形是1904年Husemeyer通过电磁波的信号来探测距离较远的地面的金属体，1910年德国科学家在其专利中提出了用电磁波来探测地下介质的概念，1924年，英国物理学家Edward Victor Appleton利用电磁反射波估算了电离层的高度，用电磁波进行探测的方法开始逐渐被应用。然而，自从1929年德国地球物理学家在奥地利地区利用电磁波脉冲探测目标体之后，通过电磁波探测地下介质体开始被遗忘。

瞬变电磁法[2]（Transient Electromagnetic Methods）的基础是电磁感应原理，场源为人工源，因为研究的是响应场与时间的关系，又被称为时间域电磁法（Time Domain Electromagnetic Methods）。其人工场源分为2类：电偶源（即接地回线）和电磁源（即不接地回线）。

利用人工场源向地下发射一次脉冲场，在其激发下的瞬间，产生一个向回线法线方向传播的一次磁场（即一次场），在一次场激励下，地质体将产生涡流。在一次场消失以后，涡流不会马上消失，它会有一个衰减的过程，此过程会产生一个衰减的二次磁场，并继续传播，再由接收回线接收二次场。这样，通过分析二次磁场的信息变化，就可以得到地质体的电性分布情况。

图2 瞬变电磁法的原理图

但是上述的方法都由于单一物探方法的局限性和多解性，所以综合物探方法已经被越来越多的应用到工程实例中去。邓培元[3]在1983年曾提出用综合物探的方法探测基岩裂隙水，勘探的精度和效果都得到了提高；2003年赵富贵等提出用综合物探的方法查明水库工程中的工程隐患，为后期的工程施工提供了便利；葛双成在2006年提出针对水库堤坝隐患的不同特征选择不同的物探方法进行综合探测的思路，并在实际工作中取得了良好的效果。这些综合物探方法在解释时多是与地质或钻探资料结合，从而使得结果更具有说服力。而现在，许多工程项目上的桩基检测或岩石的完整性检测等，也多是运用物探方法的手段去探测，而这些本身也属于工程地质的范畴，可见，工程物探与工程地质常常是密不可分的。

参考文献

[1]王兴泰.高密度电阻率法及其应用技术研究[J].长春地质学院学报, 1991,3):341-8.

[2]薛国强,李貅,底青云.瞬变电磁法理论与应用研究进展[J].地球物理学进展,2007,22(4):1195-200.

[3]邓培元.用综合物探法探测基岩裂隙水的体会[J].工程勘察,1983,4): 57-8.