工程與環(huán)境地球物理勘查技術(shù)的進(jìn)展及發(fā)展趨勢(shì)
工程與環(huán)境地球物理勘查技術(shù)的進(jìn)展及發(fā)展趨勢(shì)
雷振英
（中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所）
工程與環(huán)境地球物理在國(guó)外稱之為近地表地球物理,以高分辨、高精度為特點(diǎn)。在技術(shù)方法方面，傳統(tǒng)上以高分辨淺層地震為主，地質(zhì)雷達(dá)逐漸發(fā)展成為其核心技術(shù)之一。電阻率成像有了大的進(jìn)展,核地球物理技術(shù)取得了令人矚目的成就。在數(shù)據(jù)處理解釋方面,層析成像仍是研究的重點(diǎn)，在環(huán)境地球物理方面，目前關(guān)注的焦點(diǎn)主要是污染調(diào)查。
工程與環(huán)境物探中使用的波動(dòng)類方法包括彈性波方法和電磁波方法。彈性波方法是目前工程與環(huán)境物探技術(shù)的主體，包含地震波、聲波和超聲等方法。目前較常用的有反射波法、折射波法、散射波法、面波法、CT成像法、聲波測(cè)速、相控陣掃描成像法和超聲導(dǎo)波法等等。他們?cè)谟^測(cè)方式上各不相同，資料處理基于不同的原理、方法和處理流程，根據(jù)不同的參數(shù)進(jìn)行解釋。以地震波為手段的反射地震、折射地震、散射地震成像、地震面波等方法主要用于場(chǎng)地和線路的工程勘查；以聲波和超聲為手段的反射與透射、聲波散射成像、聲波CT、相控陣成像、超聲導(dǎo)波等技術(shù)主要用于工程檢測(cè)；地震CT和聲波CT主要用于工程病害診斷。其中相控陣掃描成像法是目前分辨率最高的工程物探技術(shù)，超過了地質(zhì)雷達(dá)。
電磁方法在工程勘查、工程檢測(cè)及病害診斷中有獨(dú)到的作用，是地震與聲波方法無法代替的，它對(duì)巖土介質(zhì)的含水狀態(tài)特別敏感，對(duì)尋找?guī)r溶、斷裂構(gòu)造十分有效。電磁方法包含的種類很多，因工程與環(huán)境中勘測(cè)深度不大，要求的分辨率較高，一般常用的有高密度電法、瞬變電磁、地質(zhì)雷達(dá)等三種。
國(guó)內(nèi)使用的工程與環(huán)境物探儀器的大部分是國(guó)產(chǎn)的。地震儀、高密度電法和聲波儀等這類儀器基本已經(jīng)國(guó)產(chǎn)化，能滿足幾百米深度的工程勘察的需求。如驕鵬公司生產(chǎn)的地震儀和電法儀性能基本能滿足要求，國(guó)內(nèi)每年需求量幾十套。高密度電法的勘探性能已優(yōu)于國(guó)外同
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類儀器。國(guó)內(nèi)各類聲波檢測(cè)儀器質(zhì)量在不斷提高，生產(chǎn)廠家近十個(gè)，有代表性的如巖海公司、康科瑞、智博聯(lián)等，產(chǎn)品包括小應(yīng)變測(cè)樁儀、雙道聲波儀、錨桿檢測(cè)儀等。
國(guó)外高技術(shù)檢測(cè)設(shè)備發(fā)展很快，每年都有新儀器上市。如英國(guó)的電磁感應(yīng)鋼軌檢測(cè)儀、美國(guó)的GEM-5電磁感應(yīng)金屬探測(cè)器，美國(guó)、英國(guó)、法國(guó)的金屬超聲相控陣掃描儀，俄羅斯的混凝土超聲成像儀。這些設(shè)備的技術(shù)含量很高，以成像技術(shù)為特征，目前國(guó)內(nèi)還沒有類似產(chǎn)品。對(duì)于我國(guó)工程與環(huán)境物探來講，最大的差距在于儀器設(shè)備大都要靠進(jìn)口，國(guó)產(chǎn)的分辨率達(dá)不到要求。
21世紀(jì)工程與環(huán)境物探技術(shù)與新儀器的開發(fā)將呈現(xiàn)良好的勢(shì)頭，開發(fā)水平將大大提高，新儀器將以高分辨、高可靠性、實(shí)時(shí)成像儀器為主流。
總體來看,我國(guó)的工程與環(huán)境物探技術(shù)在世界上居中等偏上的水平，俄羅斯、德國(guó)、美國(guó)等在電阻率成像，日本、澳大利亞等在探地雷達(dá)等方面的研究均領(lǐng)先我國(guó)一步，特別是俄羅斯在電阻率成像方面的研究相當(dāng)系統(tǒng)深入。我國(guó)在地震及電磁波層析成像、運(yùn)用小波變換提高地震記錄分辨率等方面的研究成果較為突出，核地球物理技術(shù)在我國(guó)得到了系統(tǒng)發(fā)展。
工程物探新方法新技術(shù)方面已有重要進(jìn)展：①散射理論的應(yīng)用，探測(cè)比波長(zhǎng)小得多的異常體，已經(jīng)取得了很好的應(yīng)用效果；②二維時(shí)頻分析技術(shù)、TST隧道超前預(yù)報(bào)技術(shù)、SSP地面地震剖面技術(shù)，在應(yīng)用中取得了很好的效果；③混凝土橋梁澆注質(zhì)量的聲波CT檢測(cè)技術(shù)得到發(fā)展，電阻率成像儀、地質(zhì)雷達(dá)的部分性能上也已經(jīng)可以與國(guó)外同類儀器相媲美；④橋梁CT64道聲波儀等填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)的空白。
最近在工程地球物理勘查方面主要成果有：①通過波場(chǎng)轉(zhuǎn)換技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)瞬變電磁法擬震解釋；②通過采用電性源短偏移全場(chǎng)探測(cè)技術(shù)，③可以實(shí)現(xiàn)大深度高分辨勘察；④通過建立源廣域瞬變電磁法，可以實(shí)現(xiàn)回線內(nèi)外任意場(chǎng)點(diǎn)探測(cè)。
隧道超前預(yù)報(bào)一直是工程領(lǐng)域的難點(diǎn)，采用方向?yàn)V波技術(shù)可分離掌子面后方信號(hào)。采用微動(dòng)觀測(cè)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)特殊環(huán)境下對(duì)電磁法和地震勘探的有意補(bǔ)充。陸地聲納技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。特別是
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在鬧市區(qū)開展陸地聲納工作，取得較大進(jìn)展。
我國(guó)環(huán)境地球物理開始起步。國(guó)外對(duì)地下滲漏污染狀況勘查已經(jīng)常規(guī)化，開展了地下滲漏污染物理場(chǎng)研究，對(duì)放射性場(chǎng)地選址與氡測(cè)量，加大了監(jiān)測(cè)力度。我國(guó)對(duì)第一類環(huán)境問題——自然災(zāi)害的勘查已經(jīng)開展過大量工作。對(duì)第二類環(huán)境問題——地下滲漏污染狀況剛進(jìn)行試驗(yàn)性勘查。
今后幾年，我國(guó)在繼續(xù)保持已有優(yōu)勢(shì)領(lǐng)域(核地球物理技術(shù)及儀器、層析成像技術(shù)等)發(fā)展的同時(shí),應(yīng)加強(qiáng)對(duì)電磁成像、面波勘探技術(shù)、遙感技術(shù)和礦山地球物理技術(shù)的研究，加強(qiáng)數(shù)據(jù)處理方法研究與數(shù)據(jù)采集設(shè)備研究的結(jié)合，加強(qiáng)理論研究與實(shí)驗(yàn)研究的結(jié)合。
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