国内外工程物探技术现状

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地球物理勘探技术的现状与未来

地球物理勘探技术的现状与未来

地球物理勘探技术的现状与未来地球物理勘探技术是指用物理学原理研究地球内部结构和性质,从而揭示地下矿产资源、水资源、地热能等自然资源的储量、分布和性质的一种勘探方法。

随着社会经济发展进入新时代,人类对于地球物质资源的需求越发迫切,尤其是在环保、节能、新能源等领域的应用需求中,地球物理勘探技术的作用愈发凸显。

本文将对地球物理勘探技术的现状与未来进行探讨。

地球物理勘探技术底层原理及技术现状地球物理勘探技术有许多不同的方法,包括重力测量、磁力测量、地震勘探、电磁法勘探、辐射探测和测井等。

这些方法各有优缺点,也各有适用范围。

在应用时需要综合运用,以达到最佳勘探效果。

一、重力测量重力测量是指通过测量地球不同位置的差异重力场变化来研究地球内部结构、性质和介质变化等信息。

由于地球不同地方的重力场受到的物理因素影响不同,这就使得地球上不同区域的重力场强度存在差异。

在重力场强度异常区域进行测量,可以发掘地球内部盆地、岩石构造变化等信息。

重力测量主要应用于大型地球物质构造的研究,如大型火山构造、或者超大型盆地等。

同时也在建筑、工程测量等领域得到广泛应用。

二、磁力测量磁力测量是指通过对磁场的测量,研究地球内部透磁性变化的一种物理勘探方法。

磁场是由地球内部铁、镍等有磁性物质的组合所形成,通过对地球磁性场的研究,可以揭示地球内部的物理结构、性质以及区域性的地质构造特征。

磁力测量技术在地质勘探中已经得到了很好的应用。

例如在预测矿体和油藏位置时,通过测量目标区域内的磁性异常区域,对于寻找和确定矿体和油藏的位置提供了重要的信息。

三、地震勘探地震勘探是利用地震波在介质中传播的特性,从而研究地下地质构造以及地质界面的一种方法。

地震波的传播路径和速度受到地下地质构造和介质及物理参数等的影响,因此,通过采集地震波并解译地震波传播路径和速度的变化,可以研究地下地质构造和存在的物质。

地震勘探是应用最广泛、效果最好的勘探方法之一。

地震勘探可以区分岩性、描述地层、关联结构、揭示构造以及详细描述矿体、油藏等地下介质的变化。

浅议地球物理勘探技术存在的问题与发展趋势

浅议地球物理勘探技术存在的问题与发展趋势
随着国民经济建设的发展 , 物探在我国资源 、 环境与工程领域 中的 人员的共识。例如在油气勘探中, 除地震、 测井数据综合外, 综合使用其 应用越来越广泛。物探在满足我国资源 、 环境与工程领域中的需求方面 他勘探数据 , 如重磁勘探和电法勘探数据, 在处理复杂地质条件的问题 时, 也是非常重要的。 随着多种信息综合应用的进展, 油气勘探研究思路 做出了重要贡献 , 随着国民经济建设的发展 , 其作用越来越重要。 也在发生变化。 油储地球物理的发展就是—个很好的说明。 可以预计, 随 1提高微弱地球物理信号采集与处理水平 地球物理勘探技术是依据对观测的地球物理场数据的分析来实现 着复杂探测对象的不断出现, 将推动 综合信 息 找矿方法进一步发展。同 将推动下列 兀 介方面的研究向前发展。 探测目的的。 因此 , 数据采集是地球物理工作的基础。 历史的发展充分说 时, 31新方法和新参数的探索。地球物理勘探理论和方法在客观需要 . 明, 数据采集精度的提高 , 使得地球物理探测的应用效果、 应用范围 不断 扩大。例如重力仪的精度从 2 世纪 5 年代的(2 n ) 5 S提高 的推动下, O 0 n 一 4 0 m/ 术1- 始终是在不断完善已有方法和探索新的方法两个方面同时前 到 目前的(o 一 . 1 s使得重力勘探的能力和应用范围大大加 进的。新的物理参数的应用, o l0 0 m/ : . 0 将减少多解 I 生的影响 , 例如, 当地震波被利 通过纵横波综合利用, 大大减少了对岩性判断的不确定性。 地震 强和拓宽。地球物理方法和理论的进展, 需要数据采集技术的进步作保 用之后 , 证才能得以实现。 世界上所有地球物理技术发达的国家。 都有强大的仪 勘探中对多波多分量的研究 ,电法勘探中地电化学法和电磙导弹的研 器研究与制造业做后盾。 为了使我国地球物理工作的发展居于世界先进 究, 以及震电效应和震磁效应的研究等, 都是为探索新方法和新参数所 水平 . 也必然要加强仪器的研制 。地球物理数据处理的目的是消除各种 做努力的一部分。当地耐物 理数据中不含有足够的地质信息时, 只依靠 必须增加新的物陆参数以补充和丰富地球物 干扰因素 , 突出所需的地质信息 这些干扰因素包括 : 与测量技术有关的 数据处理是达不到 目的的, 影响因素、 环境影响因 素以及非研究 目 标的 其他地质因素的影响等。不 理数据中携带的地质信息 , 再通过适当的数据处理方法才有可能获得可 同地球物理方法 , 受各种 因素 的影响程度不同, 因而处理的重点和方法 靠的地质结论。 也不相同。 以地震勘探为例, 为了提高数据的精度 , 需要消除近地表因素 3 . 2正反演方法的改进。 地质现象十分复杂, 理场特征的势. 翼物 学表 对一致 陛的影响; 为了有效地提高分辨率 , 需要进行提高信噪比处理 ; 述不够准确 , 在 往往是造成正反演不准确的原因。例如 , —个非线性问题 , 反射倾角比饺大时, 为了减少空间假频, 需要进行道 内插处理; 为了提高 往往 由于 除当的用线性近似处理 , 得不到好的结果。 因此 , 地球物理工 作者应不断吸收数学等相关学科的最新成果, 来改进地球物理正反演方 解释精度, 需要进行提高地震数据的保真处理等。 2非均匀地质体的探测与描述 法, 以取得可靠的地质效果。 几何形体简单 、 生 物l分布均匀 、 埋藏深度较浅且易于发现的矿产资 3 - 3多参数联合反演。对同—研究对象的两种以上物理场的观测结 源, 今后将越来越少 , 物探人员面对的将是岩性不均匀 、 结构与构造复 果 ,或同一种物性参数两种以上不同观测方式得到的结果进行联合反 杂、 物理陛质在纵向和横 向上均有较大变化 , 并且埋藏较深 、 地质条件复 演, 是减小解非唯一 陛影响的有效途径之一。 杂的勘探对象。为了查明空间上不均匀变化的对象 , 必须获得足够的能 3 4数据综合管理。 为了有效地实现多种信 皂 、 综合应用, 数据的综合 表征地下内部结构和性质的参数, 才有可能比饺细致地勾画出对象的复 管理是关键因素之一。 地球物理与地质数据类型的多样l和数据量的不 生 杂特征。所谓足够的参数, 一是指参数的种类 , 二是指每种参数的数量。 断增大 , 使得数据管理的任务更加复杂。为了能有效地存储和管理大量 为了清晰显示研究对象的空间特征 ,近 2 0年来各种物理场的成像研究 的勘探数据, 提出了数据仓 概念 , 若 以便为多种数据集成创造条件。 结束语 取得很大进展, 包括地震波成像、 电磁波成像和位场成像等。 随着数据采 集技术的改进, 直流电阻率法成象方法近年来也取得了一些进展。在理 综上所述, 通过对地球物理勘技术的研究和分析, 总结了地球物理 论上, 直流电阻率法成象与地震波和电磁波成象方法不同, 直流电场 由 勘探的相关理论和发展趋势, 说明了地球物理勘探正应用于地球空间数 拉普拉斯方程描述。由于直流电阻率法观测设备与野外作业方法简单 、 据采集和各个行业, 是地学发展的重要学科。 参考文 献 勘探深度较大 , 因此在油气勘探 、 金属矿勘探和工程勘查中应用前景更 广阔。地球物理对复杂对象的探测, 是在计算机技术迅猛发展 的带动下 [于克君 , 1 】 汤振清. 地热勘探中综合地球物理勘探方法运用探讨『 国 q冲 才得以实现的。 成像技术的特点是未知数多, 观测数据量大, 只有观测信 西部地热资源开发战略研究论文集 , 0. 2 1 0 息对每个未知数的覆盖次数足够多, 才能使解出的未知数比较可靠。同 [张爱敏. 2 ] 采区高分辨率三维地震勘探『 . M1 徐州: 中国矿业大学 出版社. 9 76- 样, 地球物理勘探结果可视化的需求也推动了计算机技术的进步 , 并且 1 9 : 5 66 【王言剑. 区三维地 震勘 探 的实践与认 识叨煤矿 开采 ,0 7( :% 1. 3 J 采 . 20,) 21 9 计算机将在今后的地球物理数据的运算中起主要作用。 3综 合利用 多种信息 , 少地球物 理反 问矗的多解 性 减 『卫学忠. 4 j 煤矿采区三维地震勘探典型失误剖析 煤炭技 术,0 8 (: 20 , ) 3 2 —1 . 地球物理勘探是通过在地表 、 空中或井下局部地球物理场的观测结 1 1 23 果, 去分析推断地下不能直接观测部分物质的性质和形态。由于物质形 f陆基孟她 震勘探原理 东营: 5 ] 石油大学出版社 ,9 3 6 1Q 19 . _0 9 态和性质变化对地球物理场影响的等效现象 ,使得反问题解答不唯一。 【] 6黄录基 地光 . 北京: 地震出版社 ,9 32- 9 1 8 :42 . - 如果再考虑观测误差和干扰等因素的影响, 以及描述物理场的数学表达 f 吕绍林. 7 ] 地球物理方法预测瓦斯 突出研究综述『焦作工 学院学报 , J l 和 计算方法的不精细, 问题 步复杂化。 从某种意义上讲, 地球物理 1 9 ,6 ) 5 10 9 71( : -0 . 29 探’技术就是围绕着如何减 多解陛的影响 , 坝 0 l 给出更可靠的地质答案这 杨建军, 吴汉宁, 冯兵 , 煤矿采 空区探测效果研 究 煤田地质与勘 等. 目的向前发展的。 今后仍将沿这个方向继续前进。 地球物理探测的对 探,0 63( :7 9 2 0 ,41 6- . ) 6 象越复杂 , 表征其l质、 生 结构和构造的变数越多。另外 , 不同的地质对象 吴有信, 方含珍, 潘启章 , 煤矿地质灾害的地球物理特征与勘察 实例 等. 可能具有某些相同的物理 『质。 生 因此, 为准确描述—个复杂的探浈对象, 册. 全与环境 工程 ,0 3 1 () 3 5 4 安 2 0 ,0 : - & 25 或区分不 同的研究对象 , 都应该综合利用多种信息 , 这已成为广大研究

物探技术现状及发展趋势

物探技术现状及发展趋势
井间地震技术以高信噪比、高分辨率等优点,为 描述储层不均匀性提供了技术保证,这对剩余油分 布规律的研究具有重要意义。对开发中、后期的许 多问题,如高分辨率地震成像、油藏精细描述、油 藏监测等问题,井间地震技术都可以极大地满足。 这有利于提高油田精细地质研究、油藏管理、油藏 监测水平,提高油田采收率。
(1)综合,Western, Western Atlas等与Hukes Baker合并, 发展井下探测采油系统,以进一步降低勘探和开发成本。
(2)计算机软件技术使各个勘探部门的信息能够在统一的 平台上集成、存贮、查询或通过接口迅速交换,提高信息的 分析、综合、传递、储备和查询的速度,进一步降低了勘探 成本和风险。
(5)、判断地下介质是否为各向异性介质 各向异性介质一般表现为速度各向异性或方
位各向异性,当波在各向异性介质中传播时, 各个方向的速度明显不同,因此,到达地面接 收点的时间和接收方向也不一致。
多分量多分量地震勘探技术将为人们提供 一种认识油藏的新手段,可以确定仅靠纵波 资料无法认识的油藏特征。有了这项技术, 在从勘探到综合油藏优化的所有关键经营 决策中,地震资料都将起到非常重要的作用。 多分量地震勘探技术,其影响将不亚于地震 勘探从2D到3D的飞跃。
③可以记录隐含地质信息的直达波等各种有效 波,信噪比甚至可以提高达几个数量级;
④所得到资料分辨率通常比常规地震勘探高一 个数量级以上。
Tomoseis Corporation
共炮点道集
(A)直达纵波 (B)直达横波 (C)反射纵波 (D)反射横波 (E)管波干扰 (F)横波的多次波 (G)P-S转换波 (H)S-P转换波
物探技术现状及发展趋势
地球科学学院
2003.10.28
一、物探技术及前沿发展趋势 二、率先突破的重大技术 三、物探公司技术现状及面临的挑战 四、下一步工作设想

工程地球物理勘探技术的发展和进展

工程地球物理勘探技术的发展和进展

工程地球物理勘探技术的发展和进展工程地球物理勘探技术是指利用地球物理学原理和方法,在工程领域进行地下信息获取和工程地质问题解决的技术。

在过去几十年里,工程地球物理勘探技术得到了广泛的应用和不断的发展,为工程建设提供了重要的科学依据和技术支持。

随着科学技术的不断进步和发展,工程地球物理勘探技术也在不断创新和完善。

在勘探仪器方面,随着电子技术和计算机技术的发展,现代工程地球物理仪器具有高精度、高分辨率和多功能等特点,能够更准确地反映地下介质的物理性质和结构,提供可靠的勘探数据。

同时,成像技术、三维模拟和数据处理技术的应用推动了工程地球物理勘探技术的飞速发展,使得勘探结果更直观、更可靠。

在勘探方法方面,工程地球物理勘探技术采用了多种方法来解决工程地质问题。

地震勘探是其中一种常用的方法,通过记录地震波在地下传播的时间和能量变化来推断地下介质的性质和结构。

电法勘探则是利用地下电阻率差异来推断地下介质的性质,具有较高的探测深度和分辨率。

磁法勘探则是利用地下磁场的异常变化来推断地下介质,适用于矿产资源勘探和工程建设。

此外,重力勘探、电磁法勘探和地热勘探等方法也在工程地球物理勘探中得到了广泛应用,并取得了卓越的成果。

工程地球物理勘探技术的应用领域广泛,包括地下难以观测的地区、复杂地质条件下的工程项目、环境地质调查、工程灾害预测和水资源开发等。

例如,在隧道工程中,工程地球物理勘探技术可以提供隧道周围地层的物理性质和结构,为隧道施工提供安全保障和技术指导。

在地下水资源开发中,工程地球物理勘探技术可以提供地下水的分布、流动路径和水质状况等信息,为水资源利用和管理提供依据。

在环境地质调查中,工程地球物理勘探技术可以探测地下含水层、地下溶洞和地下沉陷等地质问题,为环境保护和工程规划提供数据支持。

然而,尽管工程地球物理勘探技术在工程领域中具有巨大的潜力和应用前景,但仍然存在一些挑战和问题需要解决。

首先,勘探数据的解释和分析需要地球物理学和工程地质学的深入结合,因此需要拥有跨学科的综合实力和专业技术人才。

地球物理勘探技术现状与发展趋势探讨

地球物理勘探技术现状与发展趋势探讨

地球物理勘探技术现状与发展趋势探讨摘要:近年来,地球物理勘查技术在方法的创新、硬件设备的进步和计算机软件方面获得了长足的进步,得益于我国经济发展的迫切需要,与我国工业技术的不断创新发展具有密不可分的联系。

地球物理勘查技术在信息革命的推动下,获得了空前的发展,进一步提高了技术的准确性、时空超越性和创新性,地球物理勘查技术的发展也同样将面临一个创新化的趋势。

关键词:地球物理勘查技术;现状;发展趋势;研究引言地球物理勘探技术主要是依据地球固体圈层最外层的物理差异对地球的地质构造进行比较分析,这项技术也是地面以下矿物金属勘探的专业技术科学。

地球物理勘察过程中使用的设备是地球物理勘探仪器(也称为“物探仪器”)。

它的功能是探测地球固体圈层最外层中的物理参数,并剖析各种规律和变化动态。

地球物理勘探技术是一项综合性技术,包含了计算机技术、电子信息技术、无线通信(Wirelesscommunication)技术等,涉及了多个学科,例如系统学、材料学以及地质工程等学科。

现阶段,地球物理勘探仪器已被广泛运用于各种行业,例如建筑工程、轨道交通、石油勘探和矿物金属开采等项目。

地球物理勘探技术特别是在资源勘察、地质灾害预测和环境污染监测等过程中扮演着重要的角色。

因而,地球物理勘探技术是我国环境保护、矿产资源勘查、建筑项目修建等领域运用的关键技术手段。

随着社会经济的快速发展和城镇化进程的加快,地球物理勘探技术的影响范围也越来越大,它为社会经济的快速发展和生态文明的建设作出了一定的贡献。

1.地球物理勘查技术的现状分析1.1航空地球物理勘查1.1.1航空地球物理勘查方法的运用现状目前运用非常广泛的航空地球物理勘查技术包括电磁法、磁法和能谱,本文从实际的最新的技术出发,作出探讨。

人工场航空电磁法主要包括航空频域电磁法及航空瞬变电磁法两种最为基本的类型。

随着后者的不断兴起和成熟化发展。

实现方式为固定翼式及直升机吊舱式两种最为普遍的类型,发射的射程具有较大的磁矩,勘查深度可以达到500M左右,对低阻领域内的地质体反映非常敏锐,具有非常发达的使用效果。

我国工程物探的现状及发展前景

我国工程物探的现状及发展前景

我国工程物探的现状及发展前景近年来,我国工程物探新技术上虽然取得了飞速发展,但依然存在一些问题和不足需要改进,在行业快速发展的新时期,加强对工程物探新技术的应用,對确保工程的发展有着重要意义。

本文主要对我国工程物探的现状及发展前景进行了简要分析。

标签:工程物探;现状;前景引言:目前,随着科学技术向信息化方向发展,以及不断创新各种反演方法,物探技术被广泛应用于灾害地质调查等工程与环境等领域,表现出前所未有的广阔发展前景,体现在解释更准确、探测范围更广、探测精度更高等方向。

在工程地质领域,未来工程物探技术具有广阔的发展空间。

一、我国工程物探的发展现状1、中国地质情况极其复杂中国是一个国土面积非常广阔的国家,而且不同地区的人们也会有着不一样的民俗风情,尽管这会在一定程度上让中国成为一个多民族国家,使得中国文化变得更加丰富,更加精彩,但是同时也会增加工程物探这方面的难度。

中国的地质构造是非常复杂的,无论是平原、高山、丘陵、亦或者是盆地、沙漠每一种地形在形成原因及特点方面都是不一样的,所以在探测上就会有一定的难度,尤其是中国的经济发展和科技水平跟发达国家相比还是有一定差距的,所以丰富的地质构造会在一定程度上为中国的工程物探增加难度。

2、中国的科学技术相对滞后中国在改革开放之后,尤其是在进入了21世纪之后,可以说发展的速度是有目共睹的,不仅在科学技术上已经取得了一定的成绩,而且也会在一定程度上改善了人们的生活方式,真正的让人们享受到了改革开放的福利,我们需要肯定好的一方面,同时也需要清楚的认识到中国现阶段的科学技术跟国外的一些发达国家相比还是有一定差距的,如果说中国复杂的地形是没有办法人为更改的,那么中国科技的发展是可以不断提高的,除了中国需要加强专业工程物探等人才的培养之外,需要不断地吸收和引进国外比较先进的技术和设备,将这些比较具有核心竞争力的技术消化吸收,转化为自己的东西,从而进行创造,这样中国的科学技术发展就会指日可待,中国的工程物探也会有更新的发展,毕竟科学技术是第一生产力,它将会是中国不断发展前进的原动力,所以无论什么时候都不能放弃对科学技术的发展。

物探技术现状与发展方向

物探技术现状与发展方向

物探技术现状与发展方向摘要:当今,地球物理勘探技术呈现出新趋势,在经济建设、资源勘探、环境保护、交通运输等方面发挥着越来越重要的作用。

中国已成为世界上重要的石油、天然气生产国,拥有丰富的资源。

本文主要针对国内物探技术现状和未来发展方向展开研究,以期为我国物探技术在多种领域的应用提供一些参考。

关键词:物探技术;现状;发展方向引言我国是石油、天然气生产大国和消费国,在这一领域也有举足轻重的地位。

与石油、天然气等石油和天然气资源不同,地球物理勘探技术相对于其他勘探技术而言还处于初级阶段。

而地球物理勘探技术作为一种勘探技术手段,已经从初级走向高级阶段,并且正在朝着“高精度、高性能”的方向发展。

一、我国地球物理勘探技术现状(一)物理勘探技术我国的物理勘探技术主要包括地震勘测及反演技术、地球物理测量技术和地球物理探矿技术等[1]。

在地震勘探中,使用最广泛的地球物理探测技术是电磁勘探技术。

地震勘探主要包括地震探测、震源控制等技术。

根据地震波形可分为电法(以电阻率为例)、磁法(BT)等两种方法。

电法勘探技术是用电磁波在地下传播,实现探井勘探井开发目标的地球物理技术[2]。

它包括电磁勘探和地震勘探技术。

电磁勘探是将地球电信号通过电磁波传播介质进行采集的勘探技术,它具有很强的探测能力;如可以实现实时勘测目标地质现象。

其可以通过对地质现象进行分析与解释,得到矿产资源分布状况及分布信息,进而为地质勘探活动提供依据。

因此,地震勘探具有无电磁干扰强、高速度成像、高分辨率、地质剖面、成像技术等优势[3]。

(二)国内地震仪制造技术与国外相比,我国地震仪的制造技术与水平还存在较大差距,能基本满足国内地震勘探现场需要。

其中,震源测控、数据处理与可视化软件系统等部分产品已达到国际先进水平。

目前,国内仪器制造厂家对地震仪的研制和生产都较为重视,并且对相关技术有所发展。

如地震仪在研制中涉及四个阶段,即从传感器到计算机的设计研发阶段;从仪器的生产制造到产品检测、试验研究;从检测数据再到软件开发阶段;对其关键部位进行检测监测。

我国工程物探的现状及发展前景

我国工程物探的现状及发展前景

1 我 国工程物探 的发展现 状
1 . 1 中国地质情况极其复杂
中 国是 一 个 国土 面 积 非 常 广 阔 的 国家 , 而 且 不 同地 区 的 人 们也会有着不一样的民俗风情 , 尽 管这 会 在 一 定 程度 上 让 中 国
没有 弄懂 , Βιβλιοθήκη 容易就造成人才流失 。 ②专 业的内容不够吸引人 ,
1 . 2 中国的 科学 技术相 对滞 后
中国在改革开放之后 , 尤其 是在进 入了 2 l 世 纪之后 , 可以 说发展 的速度 是有 目共 睹的, 不仅在科学技术上 已经取得 了一 定的成绩,而 且也会在一定程度上改善了人们的生活方式 , 真 正的让人们享 受到了改革开放的福利, 我们需要肯定好 的一方 面, 同时也需要清楚 的认识到 中国现阶段 的科 学技术跟 国外的 些发达国家相 比还是有一定差距的 , 如果说中国复杂的地形 是没有办法人为更改的, 那么 中国科技 的发展是可以不断提高 的, 除 了中 国需要 加强专业 工程 物探 等人 才的培养 之外 , 需要 不断地吸收和引进国外 比较先进的技术和设备 , 将这些 比较具

2 中国工程物探的发展前景
尽 管 中国现 阶段 的中国物探发展 存在着 这样或 者是那 样 的 问题 , 但是 这并不能 阻止 中国工程 物探前进 的脚步 , 因为 它 在中国的未来发展道路上扮演着越来越重要 的角色 。 ( 1 ) 中国是一个历 史非常悠 久的 国家 , 上下五千 年 的历 史 不 仅 让 中 国人 为 之 自豪 , 也 吸 引 了很 多 外 国人 来 学 习 中 国 的 文 化 。仅仅 从传播 中国文化的孔子学院就能够看 出中国文化正在 发扬光大。 ( 如图 1 )
每一个 国家的发展 都会 充分 利用 他们 的优势 , 无论这种优 势是丰富 的资源还是廉价 的劳动力 , 都会在一定程度上带动 国 家经济 的发展 , 就 中国 目前的经济 发展状况来 看 , 工程物探 是 个有着非常广 阔的发展前 景的, 因为它涉及到 了地质 , 资源 , 环境 , 考古等等众多的学科 , 不仅 需要 大力的发展, 而且还 需要 培养这方面 的专业人才 , 那么要想发展好 中国的工程物探 就需
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工程与环境物探在国内外的发展工程与环境物探技术包括方法和仪器两方面。

方法是物探工作的基础,包括探测的基本原理、观测方式、资料处理方法及解释原理。

仪器是物探数据采集设备系统,包括发射、接收、模数转换、存储和处理等单元。

在工程与环境物探技术的发展中方法起主导作用,在很大程度上物探方法带动仪器的发展。

在这里从方法和仪器两个方面,回顾一下国内外工程与环境物探技术的发展现状。

在目前国内外的物探领域应用的地球物理技术从原理上分三类,即波动场方法、感应场方法和谐和场方法。

因对探测的可靠性和分辨率的要求高,所以目前工程与环境物探领域主要使用波动类方法,配合少量的感应场方法和谐和类方法。

波动类方法包括弹性波方法和电磁波方法。

波动类方法是以波的传播速度、时间、传播规律等信息作为探测基础的,确定目标的位置、大小、和性质。

目前的工程与环境物探中使用的波动类方法包括弹性波方法和电磁波方法,前者包括地震波、声波、超声波,后者主要指雷达波。

工程与环境物探领域习惯上将电磁波和电磁感应和静电场等方法归在一起,称为电磁方法。

近年来超声波技术进展很快,发展起相控阵超声成像和超声导波检测技术。

工程病害诊断技术要求分辨率高、可靠性好,常使用地震CT、声波CT、电磁波CT和高密度电法。

有些方法可以在不同用途中选用,没有明显的界限。

现分别进行评述。

1. 工程与环境物探中的弹性波方法及其发展现状弹性波方法是目前工程与环境物探技术的主体,包含地震波、声波和超声等方法。

它们之间没有本质差别,都是利用弹性波的传播规律进行探测,差异仅在于使用的振动频率、传播距离、分辨率不同。

频率低于200HZ的弹性波为地震波,200HZ和20KHZ之间的为声波,高于20KHZ的为超声波。

因此,在这里可以对三种波一并分析。

弹性波探测的理论基础是弹性波的传播规律,最基本的规律是反射、散射、折射定律。

弹性波有代表压缩变形的纵波和剪切变形的横波,两种波在遇到界面时要发生相互转换,在有自由界面存在的条件下产生表面波。

弹性波在层状介质内传播的基本规律是很简单的,即反射和折射定律。

但是在具有边界、表面、内部界面、缺陷等不同结构存在的条件下,弹性波的传播特性变得十分复杂,会发生透射、反射/散射波、波型转换和导波;介质表面传播的Rayleigh波和Love波,分层界面间的Stonely波,板中的Lamb波等;在板、柱、管等有自由边界的结构内,弹性波存在多模态和频散现象,形成各类导波。

此外,不同尺度大小的异常结构,对不同波长的散射效应是不同的;了解波的这些传播规律,是应用弹性波进行勘探和检测的基础。

由于研究对象的差异、观测条件的限制和研究精度的不同要求,需要采取不同的观测方式和资料处理方法,由此在工程与环境物探中形成了几种不同的勘测方法与技术。

目前较常用的有8种,即反射波法、折射波法、散射波法、面波法、CT成像法、声波测速、相控阵扫描成像法和超声导波法等等。

他们在观测方式上各不相同,资料处理基于不同的原理、方法和处理流程,根据不同的参数进行解释。

以地震波为手段的反射地震、折射地震、散射地震成像、地震面波等方法主要用于场地和线路的工程勘查;以声波和超声为手段的反射与透射、声波散射成像、声波CT、相控阵成像、超声导波等技术主要用于工程检测;地震CT和声波CT主要用于工程病害诊断。

现对各种方法的应用现状作以简单介绍。

地震反射波法地震反射波法是地球物理学中发展最早的探测方法,理论基础是Snell定律。

该方法假定介质近乎层状,横向变化小于纵向变化,反射面横向尺度远大于波长(D>3 )。

在石油与煤炭资源勘查中广为应用,已发展起以CDP/CMP为核心的资料处理技术,应用到3D地震勘探。

工程勘查中借鉴这种石油勘探技术,在我国东部平原和古老山地工程场地与线路勘察中应用效果良好,但在西部造山带地区因地质条件复杂,横向变化较大,应用效果很不理想。

地震折射波法地震折射是发展最早的地震勘探方法之一,主要用于工程勘查。

工作原理是地震波在高速界面超临界角入射时的全反射理论。

主要用于松散层与基岩接触界面的追踪,勘探深度不大,对于基岩界面起伏不大的场合效果较好,工作效率高。

对于造山带地区基岩界面起伏较大的场合,勘探结果误差较大大。

同时,对于有低速层的场合不适用。

由于勘探精度较差,分辨层位较少,目前应用减少。

地震散射波法地震散射成像是近年发展起来新的观测与资料处理方法,它基于波动传播的惠更斯原理,当弹性波入射到异常体时,异常体作为新的震源向周围介质散射能量。

根据接收到的散射波的运动学与动力学特征可确定异常体的位置与性状。

散射方法在观测方案、资料处理方法等方面均与反射法不同,它以偏移成像代替CDP叠加,以叠加能量最大原理代替速度谱分析。

SSP地表地震剖面法是基于地震散射,用于工程勘察。

TST隧道超前预报技术也是建立在地震散射理论基础之上的,在云南、重庆、四川隧道超前预报与地震边坡勘查中有很多成功的应用。

声波与超声散射方法主要用于工程检测,如相控阵声波与超声成像技术都是建立在散射基础上的。

散射方法可探测到尺度小于和等于波长的异常体,在使用相同波长的条件下,散射成像技术可以比反射技术分辨出更细小的异常体,分辨率提高一个数量级。

地震面波法地震面波是工程勘查中常用的方法,特别是瞬态面波法。

该方法是基于层状介质自由表面面波的传播规律。

当波动在自由表面附近传播时,能量随深度呈负指数衰减,面波在传播中发生频散,不同频率的波透射的深度不同,相速度不同。

通过频率-速度曲线确定介质模量随深度的分布。

该方法工作简便,但勘探深度不大,一般可达20-30米,在地质条件横向变化不大的地区效果较好,在东部地区的场地和线路勘察中有很多成功的应用实例。

在西部造山带地区因地质条件横向变化剧烈,勘探结果代表性较差。

工程CT成像法工程CT成像方法是通过参量沿射线路径的积分来反演介质内部结构的成像方法(Computer Tomography),常用的成像物理量有介质的波速和衰减系数。

从观测方式上分有透射CT和表面CT等种类,从参量上分有波速CT和率减CT等种类。

波速对介质力学模量敏感,率减系数对介质完整性更敏感。

从使用的波长、频率上工程又可分为地震波CT和声波CT,前者多用于工程地质勘察和病害诊断,后者主要用于混凝土结构的检测与缺陷诊断。

该方法分辨率高、可靠性好、图像直观,是目前工程物探领域最受信赖的技术。

国内外有很多地震CT用于矿床构造勘查的成功实例,用于核电场地勘查、隧道病害诊断、边坡地质条件评价的工程实例有几十个,满足了工程设计和病害治理的需要,效果很好。

声波CT目前在混凝土桥梁整体浇注质量评价和缺陷诊断中发挥着重要作用,成功的应用实例已有几十个。

声波检测法声波检测法是多种声波检测技术的统称,其中包括岩体、混凝土的声波波速测量、声波基桩检测、声波锚杆检测、混凝土裂缝深度检测、成桥的VSP声波测桩等。

工作原理基于声波的直线传播、反射与绕射理论。

声波检测种类繁多,新方法层出不穷。

在铁路、高速公路、水电建设、市政工程建设中声波检测的领域越来越广。

相控阵超声成像相控阵超声成像技术是近年来工程检测领域发展起来的最新的探测技术,类似于医学检查诊断中的B超。

它的基本原理是利用相移控阵技术形成干涉波场,在需要的方向和距离上相干叠加,达到聚焦的目的。

同时,利用阵列接收和合成孔径技术进行散射扫描成像。

该技术因为发射和接收都具有空间的窄波束特性,所以在空间上具有很高的横向分辨率。

操作便捷,图像直观,分辨率高,便于工程应用。

在金属结构探测中,超声相控阵探测深度可达10cm以上,分辨率达到0.5mm。

英国、法国已开发出了主频1-3MHZ的超声成像专业设备,在国内外飞机、航天器、油气管道、大型压力容器等金属结构的质量检测中发挥了重要作用。

混凝土质量检测的超声相控阵成像技术也已成熟,主频100KHZ-1MHZ,探测的深度可达1m以上,分辨率为厘米级,在法国已开始实验。

俄罗斯已开发出300KHZ的大功率超声反射CT成像设备,近几年来在地铁隧道衬砌质量检测中应用效果良好,这是目前分辨率最高的工程物探技术,超过了地质雷达。

超声导波检测技术超声导波是近年发展起来新的超声检测技术。

基本原理是利用板、柱、管等结构体(波导体)中纵横波的多次反射、类型转换和相干叠加,形成了具有不同振动模态的超声波。

这些超声波在结构中传播遇到缺陷时形成反射与散射,通过接收不同模态的超声波可检测出不同部位的缺陷。

导波的特点之一是具有多种振动模态,每种模态具有独特的波结构,利用波结构的不同特点检测不同部位缺陷;导波的特点之二是具有强烈的频散特性,不同模态、不同频率相波速不同,应用中需要认真进行模态判别、频率分析和相波速测定。

该技术的研发主要起源于美国和英国,近几年发展很快,渐近成熟,我国已开始引进。

主要用于金属管道、压力容器、复合板材、飞行器结构的缺陷检测和质量控制,取得了常规方法难以达到效果。

特别是对于金属管道内腐蚀探测这类疑难问题,渴望有所突破。

2. 工程与环境物探中的电磁方法现状电磁方法在工程勘查、工程检测及病害诊断中有独到的作用,是地震与声波方法无法代替的,它对岩土介质的含水状态特别敏感,对寻找岩溶、断裂构造十分有效。

电磁方法包含的种类很多,因工程与环境中勘测深度不大,要求的分辨率较高,一般仅下列几种方法常用,有高密度电法、瞬变电磁、地质雷达等三种。

高密度电法高密度法是最常用的勘探方法,它是建立在静电场理论基础上的测量方法。

基本工作原理是供电电极在半空间内产成电场,电场的分布与供电极的位置和介质的电性分布有关,通过测量表面电压,推定地下视电阻率分布,解释地下介质的构造特征。

该方法一般情况下用于场地和线路勘查,探测深度在100m左右,不超过200m。

但近年来通过改用高压供电和多点供电方式,一个排列的电极数目可超过250个,勘探深度可超过400m,可分辨宽度5m左右的断层,性能大大提高。

在隧道地质超前预报中,用于寻找含水断层、岩溶等高导体构造的位置,取得很好效果。

在云南、重庆、贵州、宁夏、新疆的铁路与高速公路隧道超前预报的实例已超过100座,有效地指导了隧道安全施工。

云南湾田3号隧道高密度电法预报岩溶与开挖对比瞬变电磁方法瞬变电磁方法原是金属矿勘查的手段,现在也用于工程与环境勘查。

瞬变电磁方法是一种电磁感应方法,其工作原理是通过供电线圈在地下产生磁场,中断供电电流时磁场消失,在介质中诱发感生电流和磁场,从感生场的强度与到达地面的时间可获知介质的电导率特征和埋藏深度。

瞬变电磁方法用在坝体的渗漏勘查、边坡含水区探测、隧道地质超前预报等工作中有很多较好应用实例。

瞬变电磁探测的深度由几十米到几百米,太近的距离探测比较困难,也就是盲区比较大。

因为工作原理是电磁感应,所以探测的纵向和横向方的空间分辨率较低。

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