梁恩金

摘要：地球物理探測(cè)是利用物理學(xué)理論對(duì)地球進(jìn)行調(diào)查研究，它具有快速、信息量大、遠(yuǎn)程測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)，它不僅可以對(duì)深部地質(zhì)狀況進(jìn)行研究，而且可以對(duì)礦產(chǎn)資源進(jìn)行勘察。地球物理勘察法主要是根據(jù)不同巖石之間的物理性質(zhì)差異來(lái)解決地質(zhì)和工程結(jié)構(gòu)上的問(wèn)題，因此地球物理勘察法對(duì)工程地質(zhì)的研究有著十分重要的重要的作用。目前，地球物理勘察技術(shù)已經(jīng)取得了一定的進(jìn)步和發(fā)展，本文將主要闡述地球物理勘查法在工程地質(zhì)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：地球物理勘察法;工程地質(zhì)

目前，隨著社會(huì)的快速發(fā)展和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的顯著提高，以及國(guó)家和城市的基礎(chǔ)建設(shè)也日益增加，因此社會(huì)和人們對(duì)資源的需求量也越來(lái)越高，所以做好資源勘察工作也成了地質(zhì)工作中的重要任務(wù)。為了提高礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)的質(zhì)量和效率，提高地球物理勘察技術(shù)的水平以及將地球物理勘察技術(shù)廣泛應(yīng)用在工程地質(zhì)中是一個(gè)必然的要求。

1.地球物理勘察法的發(fā)展

地球物理勘察法有著長(zhǎng)遠(yuǎn)的歷史發(fā)展，早在640年，瑞典人嘗試?yán)昧_盤(pán)尋找磁鐵礦，這也就為后人勘察資源奠定了基礎(chǔ)。1870年，瑞典的地質(zhì)學(xué)家泰朗和鐵貝爾發(fā)明了萬(wàn)能磁力儀，并且正式將磁法勘察作為一種地球物理方法。進(jìn)入20世紀(jì)以后，隨著科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展，多種地球勘察方法被廣泛應(yīng)用，例如磁法、自然電位法、激發(fā)極化法等。這些方法不僅具有很高的精確度和靈敏度，而且可以適用于不同復(fù)雜的地質(zhì)中。例如激發(fā)極化法不僅可以區(qū)分蝕變和硫化物類(lèi)型，而且可以區(qū)分人工引起的耦合異常。近30年來(lái)，我國(guó)的地球勘測(cè)法取得了明顯的進(jìn)步，并且取得了顯著的地質(zhì)效果，但是我國(guó)的地球物理勘測(cè)技術(shù)和設(shè)備和世界發(fā)達(dá)國(guó)家相比還是有一定差距的。地球物理勘察根據(jù)研究對(duì)象的不同可以劃分為：金屬地球物理勘探、石油地球物理勘探、煤田地球物理勘探、水文地質(zhì)地球物理勘探、工程地質(zhì)地球物理勘探和深部地質(zhì)地球物理勘探等。工程地質(zhì)地球物理勘察是地球物理勘察中十分重要的一部分，因?yàn)楣こ痰刭|(zhì)地球物理勘察對(duì)國(guó)家的可持續(xù)發(fā)展有著關(guān)鍵性作用，并且工程地質(zhì)地球物理勘察技術(shù)的水平?jīng)Q定著國(guó)家礦產(chǎn)資源的利用率。

2.地球物理勘測(cè)法在工程地質(zhì)中的應(yīng)用

（1）高密度電阻率法。不同巖石的電阻率不相同，巖石的電阻率受多種復(fù)雜的因素影響，例如含水量、礦物結(jié)構(gòu)、顆粒結(jié)構(gòu)等等。運(yùn)用電阻率可以對(duì)工程地質(zhì)進(jìn)行勘探，因?yàn)楹渴菦Q定巖石層電阻率的重要因素，所以用電阻率進(jìn)行勘探其實(shí)就是對(duì)巖石層中的含水層就行電阻率的測(cè)定。運(yùn)用電阻率物探方法不僅可以確定巖石層的水含量，而且也對(duì)水文地質(zhì)勘探發(fā)揮了重要作用。高密度電阻率法和普通電阻率法的工作原理相同，其工作原理圖如圖1所示，電源通過(guò)A、B兩點(diǎn)向地下提供電流，然后測(cè)量出M、N兩點(diǎn)間的電勢(shì)差，在利用物理中的閉合電路，歐姆定律求得M與N點(diǎn)之間的電阻率。

高密度電阻率法這是一種勘察地下水資源的有效方法，因?yàn)榉呛貙雍秃橘|(zhì)之間存在著電性差異，并且我們可以建立含鹽量和電阻率之間的關(guān)系，所以它不僅可以獲取水循環(huán)的條件以及含水層的位置信息，而且可以對(duì)含鹽量進(jìn)行動(dòng)態(tài)的監(jiān)測(cè)。另外，由于高密度電阻率法的準(zhǔn)確性可以對(duì)一些水文地質(zhì)參數(shù)進(jìn)行確定和校正。

（2）激發(fā)極化法。應(yīng)用激發(fā)極化法來(lái)解決地質(zhì)問(wèn)題是以礦石、巖石激發(fā)極化的差異為基礎(chǔ)，而激發(fā)極化技術(shù)其實(shí)就是一個(gè)充電、放電的過(guò)程，并且在這個(gè)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生附加電場(chǎng)的現(xiàn)象。在充電過(guò)程中，首先向地下地質(zhì)提供一個(gè)直流脈沖時(shí)，并且保證供應(yīng)電流保持不變，這時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)地面上兩個(gè)測(cè)量電極的地位差會(huì)隨著時(shí)間逐步增加，最終達(dá)到一個(gè)平衡值。在放電過(guò)程中，當(dāng)電流斷開(kāi)時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)電極電位差迅速衰減，并且衰減速率也逐漸變慢，最終電位差衰減為零。

最初，激電法主要用于勘察硫化金屬礦床，但是隨著科學(xué)技術(shù)水平的提高，將電激法和高密度電阻率法高效的結(jié)合，可以降低地球物理解釋的多解性。激發(fā)極化法在地質(zhì)勘查中有著十分廣泛的應(yīng)用，被譽(yù)為“找水新法”，它不僅可以確定巖石層的含水性，而且極大的提高找水的成功率。

（3）可控源音頻大地電磁法。可控源音頻大地電磁法的簡(jiǎn)稱(chēng)是CSAMT，它是由ATM（音頻大的電磁）和MT（大地電磁法）相結(jié)合的一種地質(zhì)勘探方法，其實(shí)可控源音頻大地電磁法也是一種電磁法?？煽卦匆纛l大地電磁法具有人工控制場(chǎng)源的特性，從而來(lái)測(cè)量電偶極源到地下的電磁場(chǎng)的分量。一般情況下，兩個(gè)電偶極源相距1km～2km，而測(cè)量的位置需要距場(chǎng)源5km～10km，而可控源音頻大地電磁法的工作頻率一般為10kHz～0.125Hz，所以運(yùn)用可控源音頻大地電磁法進(jìn)行勘探時(shí)，勘探深度往往會(huì)達(dá)到幾千米。因?yàn)榭煽卦匆纛l大地電磁法不受外界的干擾，所以用該方法測(cè)定的數(shù)據(jù)都比較準(zhǔn)確。可控源音頻大地電磁法是根據(jù)物理學(xué)中的麥克斯韋方程組，以及電磁波的傳播理論，從而確定出電場(chǎng)強(qiáng)度、磁場(chǎng)強(qiáng)度和視電阻率的關(guān)系式。

可控源音頻大地電磁法可以解決比較深層次的地質(zhì)問(wèn)題，因?yàn)槠渚哂锌碧缴疃群苌钜约翱碧綌?shù)據(jù)很準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)，所以可控源音頻大地電磁法往往用于地?zé)峥辈旌退牡刭|(zhì)勘查，并且取得了良好的地質(zhì)效果，另外可控源音頻大地電磁法還可以用于尋找深部的基巖裂縫水。

（4）瞬變電磁法。瞬變電磁法的簡(jiǎn)稱(chēng)是TEM。瞬變電磁法的工作原理是首先利用接地線或者不接地線源向地下發(fā)送一次場(chǎng)，在一次脈沖磁場(chǎng)間歇期間利用線圈或接地電極觀測(cè)地下介質(zhì)中引起的二次感應(yīng)渦流場(chǎng)，從而探測(cè)介質(zhì)電阻率的一種方法。其基本工作方法是：于地面或空中設(shè)置通以一定波形電流的發(fā)射線圈，從而在其周?chē)臻g產(chǎn)生一次電磁場(chǎng)，并在地下導(dǎo)電巖礦體中產(chǎn)生感應(yīng)電流：斷電后，感應(yīng)電流由于熱損耗而隨時(shí)間衰減，如圖2所示。因?yàn)樗沧冸姶欧ㄊ侵苯佑^測(cè)純二次場(chǎng)，所以就避免了一次場(chǎng)產(chǎn)生的影響，因此瞬變電磁法具有探測(cè)深度深、橫向分辨率高、體積效應(yīng)小等優(yōu)點(diǎn)。

瞬變電磁法是一種比較先進(jìn)的地球物理勘察法，和其他勘測(cè)方法相比，它的勘探深度更深，工作效率更高。近年來(lái)，瞬變電磁法主要應(yīng)用于探測(cè)低阻覆蓋層下的良導(dǎo)電地質(zhì)，并且也用來(lái)確定水文地質(zhì)構(gòu)造類(lèi)型和在沖擊層地區(qū)估算基層的埋深和地下水位，另外，瞬變電磁法在濱海含水層查明和繪制海水入侵分布圖、咸淡水見(jiàn)面等。但是，瞬變電磁法不能取代其他的勘探方法，因?yàn)樵谑褂盟沧冸姶欧ㄟM(jìn)行勘探時(shí)，金屬結(jié)構(gòu)會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)造成極大的影響?？傊沧冸姶欧ň哂袠O大的優(yōu)勢(shì)，并對(duì)對(duì)我國(guó)的工程地質(zhì)勘探具有很大的積極作用。

（5）地面核磁共振法。地面核磁共振法的簡(jiǎn)稱(chēng)是SNMR。地面核磁共振法是利用不同物質(zhì)的原子核馳豫的性質(zhì)來(lái)找到地質(zhì)層中的水，并且對(duì)地質(zhì)層中的水質(zhì)子產(chǎn)生的核磁共振信號(hào)的變化規(guī)律進(jìn)行研究。在用地面核磁共振法進(jìn)行探測(cè)時(shí)，在探測(cè)范圍內(nèi)的水都會(huì)被探測(cè)到，而且地面核磁共振法找水的原理可以決定找到多少水。就目前來(lái)看，核磁共振法是世界上唯一的直接找到水的地球物理新方法，并且也是世界上的尖端技術(shù)。地面核磁共振法不受地形、環(huán)境等客觀因素的影響、信息量豐富、垂直分辨率高，并且性價(jià)比很高、工作也很快速。當(dāng)前，地面核磁共振法就是不能用于探測(cè)埋藏深度在150m以下的地下水，因?yàn)樵谶@個(gè)過(guò)程中很容易受電磁噪音的影響。

綜上所述，地球物理勘察法主要包括高密度電阻率法、激發(fā)極化法、可控源音頻大地電磁法、瞬變電磁法、地面核磁共振法，并且這些方法都在工程地質(zhì)中有著廣泛的應(yīng)用，但是每種方法都存在著優(yōu)勢(shì)和不足，沒(méi)有哪一種方法可以應(yīng)用于不同的地質(zhì)、可以滿足勘探的需要。只有根據(jù)不同的地質(zhì)條件和工作要求，才能決定使用哪一種地球物理勘察法，多種勘察法的結(jié)合使用往往會(huì)取得更高的勘探效果。時(shí)代在進(jìn)步，社會(huì)在發(fā)展，地球物理勘查技術(shù)只有不斷創(chuàng)新才能使工程地質(zhì)勘察進(jìn)入新的階段。

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