地球物理勘查法在工程地质中的应用王安

地球物理勘查法在工程地质中的应用王安

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摘要:伴随着工程建设项目的日益增多,工程地质勘查工作的重要性日趋凸显。地球物理勘查法能够快速开展勘查任务,勘查信息量大,能够进行远程勘查等优势得到广泛应用。因此文章就地球物理勘查法在工程地质中的应用进行探讨。

关键词:地球物理勘查法;工程地质;应用

地球物理勘查技术的应用涉及的领域十分广泛,其不但能够准确地查明和揭示地层情况及地质构造的分布情况及水文地质勘察,还能在工程地质勘察中,对出现的病害问题进行详细的检测分析,帮助工作人员在处理问题的过程中提供准确的信息依据,备受众多领域工作人员的青睐,为很多重要的社会建设活动提供了便利条件。由此,在社会的发展进程中,地球物理勘查技术的应用将愈加广泛,为我国社会和经济的持续发展做出重要的贡献。

一、地球物理勘查技术概述

地球物理勘查技术属于地质学专业,其是将物理学的内容作为技术基础,通过测量和观察物理场的变化和分布情况,实现对地球构成元素和空间中存在的各类物质构造以及其演化过程的探索,并对其中的各种现象和变化规律进行研究分析,从而完成对所处地区周围环境的监测和资源的探索。同样,地球物理勘查技术也被应用在检测自然灾害的领域中,并起到十分重要的作用。

二、地球物理勘测法在工程地质中的应用

(一)高密度电阻率法

该种勘测方式将电极组成阵列,并利用自动化设备对数据进行采集、传输,对不同传导电流进行研究,尽管需要的电极数量庞大,但实际的工作量相对较低。勘测技术人员每次选择一组电极组合进行分析,在检测完成后,改变上次电极组合,进行再次测量,按照设计方案将排列组合测量完成后,生成检测结果。由于测量过程中节省了人力干预与电极改变的工作流程,可以在提升勘测效率的基础上,降低了多次电极改变的误差可能。

(二)激发极化法

应用激发极化法来解决地质问题是以矿石、岩石激发极化的差异为基础,而激发极化技术其实就是一个充电、放电的过程,并且在这个过程中会产生附加电场的现象。在充电过程中,首先向地下岩土体提供一个直流脉冲时,并且保证供应电流保持不变,这时会发现地面上两个测量电极的地位差会随着时间逐步增加,最终达到一个平衡值。在放电过程中,当电流断开时会发现电极电位差迅速衰减,并且衰减速率也逐渐变慢,最终电位差衰减为零。最初,激电法主要用于勘查硫化金属矿床,但是随着科学技术水平的提高,将电激法和高密度电阻率法高效的结合,可以降低地球物理解释的多解性。激发极化法在地质勘查中有着十分广泛的应用,被誉为“找水新法”,它不仅可以确定岩石层的含水性,而且极大的提高找水的成功率。

(三)瞬变电磁法

瞬变电磁法的简称是TEM,瞬变电磁法的工作原理是首先利用接地线或者不接地线源向地下发送一次场,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。其基本工作方法是:于地面或空中设置通以一定波形电流的发射线圈,从而在其周围空间产生一次电磁场,并在地下导电岩土体中产生感应电流:断电后,感应电流由于热损耗而随时间衰减。因为瞬变电磁法是直接观测纯二次场,所以就避免了一次场产生的影响,因此瞬变电磁法具有探测深度深、横向分辨率高、体积效应小等优点。瞬变电磁法是一种比较先进的地球物理勘查法,和其他勘测方法相比,它的勘探深度更深,工作效率更高。近年来,瞬变电磁法主要应用于探测低阻覆盖层下的良导电地质,并且也用来确定水文地质构造类型和在冲击层地区估算基层的埋深和地下水位,另外,瞬变电磁法也应用在在滨海含水层查明和绘制海水入侵分布图、咸淡水见面等。但是,瞬变电磁法不能取代其他的勘探方法,因为在使用瞬变电磁法进行勘探时,金属结构会对数据造成极大的影响。总之,瞬变电磁法具有极大的优势,并对对我国的工程地质勘探具有很大的积极作用。

(四)地面核磁共振法

地面核磁共振法的简称是SNMR,地面核磁共振法是利用不同物质的原子核驰豫的性质来找到地质层中的水,并且对地质层中的水质子产生的核磁共振信号的变化规律进行研究。在用地面核磁共振法进行探测时,在探测范围内的水都会被探测到,而且地面核磁共振法找水的原理可以决定找到多少水。就目前来看,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术。地面核磁共振法不受地形、环境等客观因素的影响,信息量丰富、垂直分辨率高,并且性价比很高、工作也很快速。当前,地面核磁共振法不能用于探测埋藏深度在150m以下的地下水,因为在这个过程中很容易受电磁噪音的影响。

三、实例分析

(一)应用实例一

某大学在校区在实习场地开展了电阻率勘测,采用高密度的勘测法。场地的长为100米(南北向),宽为60米(东西向),南半部分地区属于低洼地,北半部分的场地原为生活聚居地,后经改建变为投掷运动场,其表层覆盖草本植物,地下存在铁罐、矿石以及沙土等物质。测线在场地的南北方向布置了8根电极,间距为1米,选择温纳装置,预计测量深度为1~12层,单次测量结束后,向前挪一根电缆,缆线长度为8米,缆线上有8个电极,然后开展下一阶段的测量工作,显示器上的数据表明,128个电极按照一定的规律进行排列,对测量场地的地下情况进行勘探。首先,实际测量视电阻率数据,从数据中可以分析地质情况的横纵变化,但视电阻率存在体积效应问题,因此数据检测不够直观;其次,也是在最小二乘法反演过程中,模型的正演拟合和实测电阻率的最佳数据取值;最后,迭代修改的最佳介质电阻率分布显示,勘测结果不仅在地质意义方面比视电阻率更明确,而且纵、横分辨率也大大提高,可以据此解释地下电性结构。

(二)应用实例二

某地区的百尺河断层,该断层西起诸城市百尺河镇,走向北东85°左右,全长70km。该断层向南下倾,倾角70°~74°,北盘为侏罗系莱阳组砂砾岩,断层位置有冲沟。测线沿近似垂直冲沟的南北向土路布置,共64个电极,4米极距,排列长度252米,测量装置类型为温纳装置,测量深度为1~21层。探测数据显示:第一,实测视电阻率分布纵、横向变化明显,变化趋势合理,揭示了断层的存在,但是由于高低值之间的渐变,使得断层面不好确定;第二,模型正演拟合的视电阻率分布与实测视电阻率有极好的相似;第三,迭代修改的反演介质电阻率分布中的高、低值变化更加明显,其间的突变界限就是断层面的位置,浅层小局部高值对应于过沟的土路,少数的几个实测视电阻率奇异值并没有对反演结果造成明显的影响。

综上所述,地球物理勘查法种类较多,文章分析了常用的高密度电阻率法、激发极化法、瞬变电磁阀和地面核磁共振法等,这些方法在工程地质勘查中得到了广泛应用,且每种方法有着自身的优势和不足,没有一种方法是全能的。因此在具体地质勘查工作中,需要结合工程实际,合理选取勘查方法,有时候还可以采取综合勘查方法,从而全面提升勘查质量水平,为工程建设以及矿产资源开发提供有益的参考。

参考文献:

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