地球物理勘查法在工程地质中的应用

梁恩金

摘要：地球物理探测是利用物理学理论对地球进行调查研究，它具有快速、信息量大、远程测量等优点，它不仅可以对深部地质状况进行研究，而且可以对矿产资源进行勘察。地球物理勘察法主要是根据不同岩石之间的物理性质差异来解决地质和工程结构上的问题，因此地球物理勘察法对工程地质的研究有着十分重要的重要的作用。目前，地球物理勘察技术已经取得了一定的进步和发展，本文将主要阐述地球物理勘查法在工程地质中的应用。

关键词：地球物理勘察法;工程地质

目前，随着社会的快速发展和国民经济的显著提高，以及国家和城市的基础建设也日益增加，因此社会和人们对资源的需求量也越来越高，所以做好资源勘察工作也成了地质工作中的重要任务。为了提高矿产资源开发的质量和效率，提高地球物理勘察技术的水平以及将地球物理勘察技术广泛应用在工程地质中是一个必然的要求。

1.地球物理勘察法的发展

地球物理勘察法有着长远的历史发展，早在640年，瑞典人尝试利用罗盘寻找磁铁矿，这也就为后人勘察资源奠定了基础。1870年，瑞典的地质学家泰朗和铁贝尔发明了万能磁力仪，并且正式将磁法勘察作为一种地球物理方法。进入20世纪以后，随着科学技术快速发展，多种地球勘察方法被广泛应用，例如磁法、自然电位法、激发极化法等。这些方法不仅具有很高的精确度和灵敏度，而且可以适用于不同复杂的地质中。例如激发极化法不仅可以区分蚀变和硫化物类型，而且可以区分人工引起的耦合异常。近30年来，我国的地球勘测法取得了明显的进步，并且取得了显著的地质效果，但是我国的地球物理勘测技术和设备和世界发达国家相比还是有一定差距的。地球物理勘察根据研究对象的不同可以划分为：金属地球物理勘探、石油地球物理勘探、煤田地球物理勘探、水文地质地球物理勘探、工程地质地球物理勘探和深部地质地球物理勘探等。工程地质地球物理勘察是地球物理勘察中十分重要的一部分，因为工程地质地球物理勘察对国家的可持续发展有着关键性作用，并且工程地质地球物理勘察技术的水平决定着国家矿产资源的利用率。

2.地球物理勘测法在工程地质中的应用

（1）高密度电阻率法。不同岩石的电阻率不相同，岩石的电阻率受多种复杂的因素影响，例如含水量、矿物结构、颗粒结构等等。运用电阻率可以对工程地质进行勘探，因为含水量是决定岩石层电阻率的重要因素，所以用电阻率进行勘探其实就是对岩石层中的含水层就行电阻率的测定。运用电阻率物探方法不仅可以确定岩石层的水含量，而且也对水文地质勘探发挥了重要作用。高密度电阻率法和普通电阻率法的工作原理相同，其工作原理图如图1所示，电源通过A、B两点向地下提供电流，然后测量出M、N两点间的电势差，在利用物理中的闭合电路，欧姆定律求得M与N点之间的电阻率。

高密度电阻率法这是一种勘察地下水资源的有效方法，因为非含水地层和含水介质之间存在着电性差异，并且我们可以建立含盐量和电阻率之间的关系，所以它不仅可以获取水循环的条件以及含水层的位置信息，而且可以对含盐量进行动态的监测。另外，由于高密度电阻率法的准确性可以对一些水文地质参数进行确定和校正。

（2）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，首先向地下地质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，激电法主要用于勘察硫化金属矿床，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。

（3）可控源音频大地电磁法。可控源音频大地电磁法的简称是CSAMT，它是由ATM（音频大的电磁）和MT（大地电磁法）相结合的一种地质勘探方法，其实可控源音频大地电磁法也是一种电磁法。可控源音频大地电磁法具有人工控制场源的特性，从而来测量电偶极源到地下的电磁场的分量。一般情况下，两个电偶极源相距1km～2km，而测量的位置需要距场源5km～10km，而可控源音频大地电磁法的工作频率一般为10kHz～0.125Hz，所以运用可控源音频大地电磁法进行勘探时，勘探深度往往会达到几千米。因为可控源音频大地电磁法不受外界的干扰，所以用该方法测定的数据都比较准确。可控源音频大地电磁法是根据物理学中的麦克斯韦方程组，以及电磁波的傳播理论，从而确定出电场强度、磁场强度和视电阻率的关系式。

可控源音频大地电磁法可以解决比较深层次的地质问题，因为其具有勘探深度很深以及勘探数据很准确的优点，所以可控源音频大地电磁法往往用于地热勘察和水文地质勘查，并且取得了良好的地质效果，另外可控源音频大地电磁法还可以用于寻找深部的基岩裂缝水。

（4）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，并在地下导电岩矿体中产生感应电流：断电后，感应电流由于热损耗而随时间衰减，如图2所示。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察法，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。

（5）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，地面核磁共振法就是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。

综上所述，地球物理勘察法主要包括高密度电阻率法、激发极化法、可控源音频大地电磁法、瞬变电磁法、地面核磁共振法，并且这些方法都在工程地质中有着广泛的应用，但是每种方法都存在着优势和不足，没有哪一种方法可以应用于不同的地质、可以满足勘探的需要。只有根据不同的地质条件和工作要求，才能决定使用哪一种地球物理勘察法，多种勘察法的结合使用往往会取得更高的勘探效果。时代在进步，社会在发展，地球物理勘查技术只有不断创新才能使工程地质勘察进入新的阶段。

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