复杂地质岩土工程勘察中工程物探的有效运用分析

摘要：随着基础设施建设向山区、岩溶区、高地下水区等复杂地质区域拓展，岩土工程勘察面临的技术难度和风险水平显著提高。在断层破碎带、岩溶空洞、软弱夹层等不良地质体频发区域，仅依赖钻探与静力测试等传统勘察手段，难以全面揭示地下地质结构的空间连续性与物理差异，局部性强、干扰因素多、成本高等问题，已成为限制勘察质量的关键因素。研究表明，基于多方法联合探测与反演分析的物探策略，是适应复杂地质条件下岩土工程勘察发展的有效路径。

关键词：复杂地质条件；岩土工程勘察；工程物探

引言：工程物探技术作为非破坏性、高效率的信息获取手段，具有覆盖范围广、响应灵敏度高、可实现空间成像等优势，适合于复杂地质环境下的初步普查与精细探测。近年来，随着仪器设备、数据采集系统和反演算法的持续进步，工程物探在岩土工程中的适用深度、分辨率及定量解释能力显著提升。

1、复杂地质类型分类

1.1 岩溶

碳酸盐类岩石（石灰岩、白云岩）受地下水溶蚀作用塑造出特殊地质形态，主要发育溶洞、溶沟、地下暗河等空间结构。这些地质构造普遍存在三维不连续特性，空间展布兼具广域性和强随机性。岩土勘察过程中遭遇的孔洞漏失、塌孔现象频发，传统点状钻探难以完整刻画空间分布特征，必须联合高密度电法、地震波法或地质雷达实现高精度解译。

1.2 断层

构造应力促使岩层破裂位移形成结构面，伴生岩体破碎、断层泥富集等典型地质标记。作为工程力学薄弱带，断层常诱发地基沉降失衡、边坡滑移或隧道突涌水害。此类结构面延伸距离大、形态变异性显著，地下水动态运移加剧地质复杂性。钻探方法在定位断层走向时存在局限性，采用地震波法联合电磁探测技术可提升解译可信度。

1.3 软弱夹层

软弱夹层指分布于坚硬岩土层之间的薄层地质体，力学性质明显薄弱，厚度存在显著局限性。主要涵盖粉土夹层、膨胀土、含水砂层及残积土等类型，多呈现抗压强度低、压缩系数高、变形时效性突出等特征，遇水浸渍时物理参数突变，容易导致滑移、沉降与构筑物形变，滑坡灾害、隧洞工程及深基坑施工中的关键致险要素。传统钻探手段受限于采样密度不足，夹层厚度判读与连续性分析易出现偏差，高分辨率地质雷达与瞬变电磁法等物探技术可精确定位夹层展布规律与埋藏深度，为工程设计方案优化提供依据，降低施工作业潜在风险[1]。

2、复杂地质对工程勘察的影响

2.1 地质勘探不确定性与隐蔽性特征

不规则空间分布、多态界面变化构成复杂地质核心特点，断层带破碎呈现间断状态、软弱夹层维持薄层特征、地下岩溶系统具备强隐蔽性。传统勘探技术受制于钻孔密度不足、地质解译局限，易发生地质构造误读甚至遗漏，岩土参数判断产生系统性偏差。岩体天然非均质特征明显，现场试验结果呈非线性波动状态，参数选取存在明显主观性，分析结果风险升高。

2.2 常规勘察技术应用效能局限

钻探取样配合实验室检测作为经典岩土调查模式，存在微观尺度精度高、宏观数据离散的天然矛盾。复杂地质环境中，离散钻孔难捕捉断层空间延伸规律、软弱夹层发育走向等连续指标。局部高精度取样与宏观地质信息缺失形成矛盾，导致钻探工程量呈指数级增长。

2.3 工程全周期风险传导机制

岩溶区地基支撑力突变、断层带支护结构失效、基坑潜滑面失稳均源于勘察阶段的识别误差。岩溶发育量未探明直接引发建筑基础沉降超标；断层位态误判造成隧道初期支护变形开裂；软弱夹层漏检导致边坡治理方案承载力虚高。三维地质建模、多源数据融合等技术的应用，本质是通过前期技术投入降低后期工程风险。

3、复杂地质岩土工程勘察中工程物探的有效运用

3.1 高密度电法

高密度电法（HDRM）采用多电极布设方式，实现测线自动切换，采集高分辨率电性剖面数据。岩溶空洞、软弱夹层探测适用性突出，岩溶发育区溶蚀空腔多赋存空气/水体，与围岩呈现显著电性差异。典型实例显示，石灰岩背景电性值集中于100–300 Ω·m区间；水充填溶洞阻值约10–50 Ω·m，空气填充洞体则普遍高于1000 Ω·m。现场布设参数典型为测线长度80m、点距1m，数据采集阶段优选Wenner-α、Dipole–Dipole装置组合。在软弱带识别环节，粉质土夹层阻值稳定于20–80 Ω·m范围，该电性特征显著区别于基岩背景。

3.2 多通道地震波法

多通道地震波法（Multichannel Seismic Method）基于地震波在介质中的传播规律解析地下构造，这一地球物理勘探技术主要用于识别断层破碎带、不连续地质界面与地层分界特征。系统部署24-48道检波器阵列，同步采集反射波、折射波及面波数据，波速差异特征被用于反演介质参数分布。典型作业中，检波器间距为2.0-5.0m，震源点与首检波器间隔约5m，测线长度覆盖100-200m区间。断层破碎带常呈现显著低速异常，完整砂岩的纵波速度值可达2800-3500m/秒，破碎岩体速度则骤降至1000-1800m/s。

相较于传统单通道与浅层折射勘探，多通道技术具备更高信噪比与稳定反演特性，其优势集中在5-30m深度区间复杂构造的高分辨探测。该技术与钻孔数据融合，显著提升断层空间定位精度及三维解释可靠性，地层不连续面的识别误差可控制在0.5m内[2]。

3.3 地质雷达技术

地质雷达（Ground Penetrating Radar， GPR）是依赖高频电磁波探测地下介质特性，电磁波传播与反射形成成像数据，属无损探测技术范畴，0–10m浅层地质结构、断裂带及地下空洞识别凸显技术优势。系统工作频率覆盖100–1000MHz区间，工程勘察场景中200–400MHz频段占据主导地位，深度探测与精细分辨率需求在此频段取得平衡。采用300MHz天线配置时，理论分辨率区间0.1–0.3m，干燥砂质环境最大探测深度5–8m，湿润黏性土层中减至2–4m。

介质介电常数差异主导空洞识别机制，地下空腔、管线或松散填土区与围岩形成强反射界面。雷达剖面图展现特征异常形态，杯状反射波形或椭圆形信号区成为典型标识。某人工空洞实测案例中，直径0.6m、高度0.4m的空洞埋深2.5m位置，反射波组对称性显著、轮廓特征明确。

3.4 瞬变电磁法

瞬变电磁法（Transient Electromagnetic Method， TEM）利用感应电磁场衰减规律实施勘探，该技术主要用于探测中深部地层（10–100m）的导电异常体，常见目标包括含水断层、富水夹层、溶蚀带及矿化带等，地面回线发射装置向地下注入瞬态电流后关闭电源，接收二次场衰减信号反演电导率分布，标准发射回线多采用40m×40m规格，中心回线观测模式下最大探测深度突破120m，垂向分辨能力保持在0.5–3m区间[3]。

结束语：综上，复杂地质条件对岩土工程勘察提出了更高的技术要求，工程物探技术以其面向空间分布、高效探测和数据可视化等特点，在识别岩溶、断层及软弱夹层等地质异常方面展现出良好适应性与实用价值。通过多方法联合布设、成果综合解释及模型反演分析，可有效提升复杂地质环境下的勘察效率与成果精度。

参考文献：

[1]陈明浩，赵晓彦，张广泽，等. 四川盆地高速铁路勘察工程地质分区研究[J]. 铁道工程学报，2023，40（10）：27-33.

[2]黄辉雄. 复杂地质条件下岩土工程勘察设计和施工的质量控制因素分析[J]. 西部探矿工程，2023，35（10）：1-3.

[3]王宏毅. 桂林市岩溶地区岩土工程勘察与评价研究[J]. 资源信息与工程，2023，38（1）：41-45.