陶磊
天津市市政工程设计研究院，天津市300051
摘 要:本文通过研究工程物探技术中的电阻率测深法、高密度电阻率法、激发极化法、可控源音频大地电磁法、地质雷达的原理及其应用领域，系统分析了常见物探技术的应用情况。本文的研究为探测领域技术提供技术参考借鉴。
关键字：工程物探；应用分析；原理；应用领域。
1、引言
目前，工程地质勘察中常用的物探技术主要包括电阻率测深法、高密度电阻率法、激发极化法、可控源音频大地电磁法、地质雷达等，相关原理及工作领域本文进行如下分析。
2、物探技术
2.1电阻率测深法
基本原理：电阻率测深法简称电测深法。它是在地面的一个测深点上(即MN极的中点)，通过逐次加大供电电极,AB极距的大小，测量同—点的、不同AB极距的视电阻率ρS值，研究这个测深点下不同深度的地质断面情况。电测深法多采用对称四极排列，称为对称四极测深法。在AB极距离短时，电流分布浅，ρS曲线主要反映浅层情况；AB极距大时，电流分布深，ρS曲线主要反映深部地层的影响。ρS曲线是绘在以AB/2和ρS为坐标的双对数坐标纸上。当地下岩层界面平缓不超过20度时，应用电测深量板进行定量解释，推断各层的厚度、深度较为可靠。
应用领域：电测深法在水文地质、工程地质和煤田地质工作中应用较多。除对称四极测深法外，还可以应用三极测深、偶极测深和环形测深等方法。
2.2高密度电阻率法
基本原理：高密度电阻率法是把很多电极同时排列在测线上，通过对电极自动转换器的控制，实现电阻率法中各种不同装置、不同极距的自动组合，从而一次布极可测得多种装置、多种极距情况下多种视电阻率参数的方法。对取得的多种参数经相应程序的处理和自动反演成像，可快速、准确地给出所测地电断面的地质解释图件，从而提高了电阻率方法的效果和工作效率。高密度电法实际上是集中了电剖面法和电测深法。其原理与普通电阻率法相同．所不同的是在观测中设置了高密度的观测点。是一种阵列勘探方法。
应用领域：在条件适当时，此方法对工程物探以及探测煤矿的老硐，探测古墓墓穴等有较好的效果。
优缺点：与常规电阻率法相比．高密度电法具有以下优点：1．电极布置一次性完成．不仅减少了因电极设置引起的故障和干扰，并且提高了效率：2．能够选用多种电极排列方式进行测量，可以获得丰富的有关地电断面的信息；3．野外数据采集实现了自动化或半自动化，提高了数据采集速度，避免了手工误操作。随着地球物理反演方法的发展，高密度电法资料的电阻率成像技术也从一维和二维发展到三维，极大地提高了地电资料的解释精度。
2.3激发极化法
基本原理：是根据岩石、矿石的激发极化效应来寻找金属和解决水文地质、工程地质等问题的一组电法勘探方法。它又分为直流激发极化法(时间域法)和交流激发极化法(频率域法(SIP))。常用的电极排列有中间梯度排列、联合剖面排列、固定点电源排列、对称四极测深排列等。也可以用使矿体直接或间接允电的办法来圈定矿体的延展范围和增大勘探深度。
应用领域：激发极化法可以用来寻找铜矿床、铁矿(山西式铁矿、沉积型锰铁矿，镜铁矽)、煤矿(小而浅的煤矿，煤矿外围的隐伏、半隐伏煤田)、铅锌矿，在超基性岩区找镍铬矿和找金矿等都取得了—定的地质效果。
近年来，激电法找水效果十分显著，被誉为“找水新法”。我国将激电场的衰减速度具体化为半衰时、衰减度、激化比等特征参数，这些参数不仅能较准确地找到各种类型的地下水资源，而且可以在同一水文地质单元内预测涌水量大小，把激电参数与地层的含水性联系起从趋势来看，除研制新仪器外，加大电源功率是另一个途径。如果有足够功率，可以探测埋深达1.6～3.2公里的大型低品位的工业矿体(只需要加大电极距和提高电源功率)。
频率域激发极化法(变频法)优点是输出功率(只要几百瓦)相对时间域激发极化法(几千瓦)要低得多，同时操作技术亦为简便。在国外，激发极化法的应用还扩大到寻找油气田方面。仪器已向轻便、自动，记忆、多参数测量方向发展。
2.4可控源音频大地电磁法
基本原理：可控源音频大地电磁法(CSAMT)是电磁法的一种，它的主要特点是用人工控制的场源做频率测深。采用人工场源可以克服天然场源信号微弱的缺点，但是波的非平面波特性决定了处理资料时的复杂性。当发射距是探测深度的3～5倍，高频时非平面波可以近似地看作平面波，低频时则会出现电阻率随频率降低而在双对数坐标图上呈45°上升的近场效应，因此须作近场改正，校正后的数据可看作为平面波产生的结果，然后再采用用MT的方法来分析。所以，MT的反演方法原则上都可用来做近场校正后的CSAMT反演。如不作平面波校正的反演，其有效数据只能取远场的值，而对于近场甚至过渡场的资料都要摒弃不用，这将造成较大的浪费。Pargha S.Routhet.al.尝试了在一维空间用不做平面波校正的全资料来做CSAMT反演。全资料的CSAMT反演需要有源理论电磁法的正演解，当介质为水平成层介质时有积分解，这方面的反演容易实现，但当电性结构复杂时，就没有解析解，因此其反演问题也就更加复杂。
大多数的电磁反演都为线性反演，最小二乘解法是最传统的，也是行之有效的方法.一维CSAMT反演可以精确地模拟电磁场，但它只限于简单的水平层状模型。如果发射机和接收机间的导电构造较复杂，即2D甚至3D情况下,这种方法就会给出错误解。为了处理有限源效应和地电高维构造Wannamaker在解释野外资料时把一维CSAMT反演和二维MT反演结合起来。若给最小二乘法加一光滑限制，就可得到模型的正则化解，奥克姆反演、最小构造反演和快速松弛反演RRI算法都属于这一类型。这些方法在二维资料反演中取得了较好的结果。但在三维反演中,一般方法的应用遇到了困难。我们知道，正演是反演的基础，在电磁法二维和三维正演方法中，最常用的方法是有限差分和有限元方法，模型被剖分成的网格越多，雅可比矩阵就越大，占用的内存也就越多，反演时需要解的方程组也就越多，现在计算机的内存和计算速度提高了很多，为电磁法三维资料的处理解释在微机上实现展现了前景。但现有台式计算机的内存和速度仍还存在不足，所以就要寻找捷径来提高算法的速度和尽量减少所占用的内存，Newman&Alumbagh用集成并行机来处理三维EM源和三维电导率结构问题,在单台微机上一般在优化算法上做了努力，快速度松弛反演(RRI在计算速度上的优势和共轭梯度反演在占用内存上的优势使得这两种算法在电磁反演特别在三维计算中倍受瞩目。
2.5地质雷达
基本原理：发射机通过发射天线发射中心频率为12.5M至1200M、脉冲宽度为0．1 ns的脉冲电磁波讯号。当这一讯号在岩层中遇到探测目标时，会产生一个反射讯号。直达讯号和反射讯号通过接收天线输入到接收机，放大后由示波器显示出来。根据示波器有无反射汛号，可以判断有无被测目标；根据反射讯号到达滞后时间及目标物体平均反射波速,可以大致计算出探测目标的距离。
应用领域：由于地质雷达的探测是利用超高频电磁波，使得其探测能力优于例如管线探测仪等使用普通电磁波的探测类仪器，所以地质雷达通常广泛用于考古、基础深度确定、冰川、地下水污染、矿产勘探、潜水面、溶洞、地下管缆探测、分层、地下埋设物探察、公路地基和铺层、钢筋结构、水泥结构、无损探伤等检测。
3结论
本文通过研究工程物探技术中的电阻率测深法、高密度电阻率法、激发极化法、可控源音频大地电磁法、地质雷达的原理及其应用领域，系统分析了常见物探技术的应用情况。本文的研究为探测领域技术提供技术参考借鉴。
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