物探应用在勘察中的重要性

胡丹婷

苏交科华东（浙江）工程设计有限公司

摘要：物探是工程勘察中非常重要的一环，能够弥补其他普通勘察方法（钻探等）的缺点，该文介绍了物探在各种勘察条件下的应用方法，说明了物探在勘察中的重要性，介绍各个方法的优缺点，并分析了物探未来的发展前景。

工程勘察是工程建设的首要环节，是能满足现代工程建设规划、设计、施工、综合治理等过程安全经济的前提和保证。勘察方法有钻探、槽探、探井、洞探以及物探。钻探是能够获取地下岩土信息的直观方法，但岩样从钻孔中取出后，缺失岩芯的原状信息，也无法观察获得钻孔中的断裂和产状等重要信息，更加无法准确感知地下岩体的裂隙、岩脉和溶洞发育情况。钻探的缺点将会导致工程的稳定性分析出现差错，而稳定性分析是许多特殊情况或者大中型工程的重中之重。而槽探、探井、洞探等方法容易受到自然地质条件的限制。物探弥补了这些勘察方法的短板，在许多特殊情况例如水中、隧道中、岩溶地区也能有合适的物探方法来探测工程的更为直观、准确的岩土信息情况，给工程施工设计提供了更有效的资料，提高地质勘测的整体水平，更重要的是能够避免工程事故发生从而减少造成经济损失、降低安全损害。

物探的全称为地球物理勘探，即利用先进的仪器及技术检测不同的地球物理场的变化、分布情况，将检测数据与均质条件下的物理场进行比较，从而从这些差异中发现地层岩性、地质构造等地质条件。物探的分类方法有很多，其中根据探测物参数不同可分为重力勘探、磁法勘探、电法勘探、地震、地温勘探、放射性勘探6种方法。因此，物探不仅在地质勘察中有着很重要的作用，例如提供更为精确的情况和数据，减少勘探工作的工作量减少不必要的资源浪费，还是探明和发现油气储量的重要手段，甚至在地质灾害、考古等方面的勘察都有着重要的作用。

一、物探在不同环境情况下采用的方法

（一）适用在水中探测的物探方法

由于经济、科技的进步，为了促进地区经济、改善交通等目的，启动了非常多的水域项目工程，这些工程施工作业都将遇到需要探测水底地质构造、了解水下管线、避免水底地质灾害等问题。工程项目的安全重要等级都是非常高，需要更加准确直观的资料，避免造成重大工程事故。主要的探测方法为水域磁测、浅层剖面、侧扫声呐、海洋小多道地震高精度探测等，这几种方法都有不同的局限性和适用性。

1、水域磁测

通过自然界的各种物质的磁异常现象，即在地球天然磁场磁化作用下都拥有相对天然磁场分布而言不一样的磁场，利用专门的仪器来判断出物体在空间中的分布情况（例如倾向、大小、埋深、产状等）。能够避开强干扰又能压制弱干扰是选择磁测方法的原则。这种方法通常是用于探明海底铁质或水泥质的具有强磁性的障碍物，避免障碍物对施工安全造成威胁。

2、浅层剖面

浅层剖面是一种高精度的声学探测技术，运用水声学原理：利用发射机仪器发射电脉冲，在遇到不同介质的分界面的时候会产生散射或反射现象，通过仪器接收到这些信号然后通过一系列数字化处理分析探测出水底地层构造。可以运用在地质灾害调查（例：海底滑坡、坍塌、基岩浅埋等）、探测海底障碍物、区域地质普查、天然气水合物资源勘查等。缺点是穿透地层深度能力差，当深度超过海底50m以上时存在精度不达标的情况。

3、侧扫声呐

侧扫声呐的原理有一些类似浅层剖面，利用专门的探头发射声呐信号，信号在到达水底后会产生反射和散射现象，用接收器接收声呐信号，通过分析探测出水底的地貌情况，水中沉船和水底表面可能出现的物体。

4、海洋小多道地震高精度探测

弥补了浅层剖面的缺陷，对海底以下50～1000m深度范围内能够进行精度探测。探测系统由地震仪、震源、高压电源、采集电缆及导航定位系统组成，利用震源产生的地震波从水下地层反射至接收器处，经仪器处理，将数据记录在存储介质上，进行后续处理解释工作。

（二） 适用在岩溶地区探测的物探方法

又称为喀斯特地貌，由有溶蚀力的水对可溶性岩石（例如碳酸盐岩、岩盐等）进行物理化学溶蚀作用而形成的，岩溶地区分布占全球总面积的10%，因此对于岩溶地区的勘察十分重要。岩溶地区的岩石起伏变化很大，岩石结构产状没有规律，同时表面的岩层十分破碎，普通的钻探勘察技术没有办法准确反映地层情况，极易导致设计施工过程反复，增加经济成本，同时岩溶地区容易产生地质灾害给施工安全带来隐患。所以岩溶地区的勘察工作在钻探的基础上还要辅以物探，两者缺一不可。

1、电磁波计算机层析成像（CT）技术

利用岩溶发育的岩石与完整灰岩对电磁场的吸收情况不同的物性，来探測出低阻异常的溶洞等，采用计算机层析成像技术对孔间电磁波吸收系数进行处理成像（电磁CT技术需要将孔距控制在50m以内）。

2、高密度电法

全称为高密度电阻率法，同时采用电阻率剖面和电阻率测深法两种方法，能够采集大量数据，因此观测精度高。利用地层中岩石的电阻率存在差异的特性，在两极向地下通电，测量另两极的电位差，用电位差计算出视电阻率值，经过计算、处理、分析等进行地层划分、得出物探资料。高密度电法能够快速进行数据采集和处理，提高了工作效率，减少了成本。缺点是高密度电法的资料分析受资料解释人员影响，需要多次调整。

（三）适用在隧道勘察的物探方法

为了满足经济高速发展的需求，地面交通的需求也逐渐增大，隧道建设愈发普遍，但是由于自然条件的复杂情况，工程场地错综复杂的地形，在施工过程中非常容易遇到坍塌、透水等严重问题，适合的物探方法能够地在隧道地质勘察中为设计提供准确有效的数据资料，降低成本，避免施工过程产生安全隐患。

1、大地电磁测深法

利用高空垂直入射的的天然交变电磁波（10-3-103Hz）为激励场源，在地面使用仪器测量5个分量的电磁场，通过在地表观测相互正交的电场和磁场来研究地下介质电性结构的一种地球物理勘探方法。大地电磁测深法优点很多：探测深度大、不受高阻层屏蔽、分辨能力强、经济、便于户外携带。

2、地震折射波法

通过检测人工产生的地震波在地下介质中传播的速度情况，当下层介质的波速大于上层介质波速以及入射角等于临界角的情况下，地震波会产生折射波，被检测仪器接收，通过计算传播时间就可得出折射界面的埋藏深度、隧道围岩等级等数据。

3、高密度电法

由于隧道的地形条件限制，隧道勘探过程中常使用高密度电法，具体原理已在2.2章节中描述。高密度电法能够较为容易地查明构造和破碎带的特征 ，弥补了地震折射波法的缺陷。该两种方法结合，能够为勘察取得更好的结果，能够相互验证，减少设计中的不确定性。

二、结语：

物探因其技术先进，不会对探测对象造成损伤，能够降低施工探测成本和时间，测试范围广，能够全面、真实、客观的反映岩土工程现场的各种地质状况，使勘察结果更加深入、细致以及精确等优点逐渐广泛应用在勘察过程中，成为工程地质勘察中的重要一环。目前来看，物探技术的发展空间十分广阔，市场的巨大需求和先进计算机科技进步，将会带动物探技术走向一个新的高度。

每种勘察方法都有其各自的优缺点，有自己的局限性，使用单一的物探方法很难精确查明地质情况，随着经济的发展，工程场地的条件也越发复杂，应该根据工程的实际情况采用适合的综合物探方法，几种物探方法相互验证，取长补短，给勘察工程更为精确的地质资料和数据。

参考文献：

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