方 熠，張 慧，朱 瑩，王曉明

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)期刊社，湖北 武漢 430074；2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)工程學(xué)院，湖北 武漢 430074)

環(huán)境與工程地球物理是生態(tài)安全環(huán)境科學(xué)與地球物理學(xué)融合發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新興交叉學(xué)科,是為研究人類(lèi)活動(dòng)與地質(zhì)環(huán)境之間的相互作用而發(fā)展運(yùn)用的地球物理方法和技術(shù),具有高分辨、高精度的特點(diǎn)。

我國(guó)環(huán)境與工程地球物理學(xué)科的研究和應(yīng)用雖然起步比發(fā)達(dá)國(guó)家略晚,但近二十多年來(lái)發(fā)展迅速。早在20世紀(jì)80年代,我國(guó)地球物理科技工作者就積極介紹該學(xué)科在發(fā)達(dá)國(guó)家的發(fā)展與應(yīng)用狀況,并在相關(guān)領(lǐng)域開(kāi)展了該學(xué)科的引進(jìn)與探索,在工程物理勘察等方面取得了早期成果且在學(xué)術(shù)期刊零星發(fā)表；20世紀(jì)80年代末，已陸續(xù)出版了多種環(huán)境與工程地球物理學(xué)科的大學(xué)教材,設(shè)有地球物理專(zhuān)業(yè)的高校都開(kāi)設(shè)了相關(guān)課程，并有工程物探本專(zhuān)科畢業(yè)生走向社會(huì)工作崗位；中國(guó)地球物理學(xué)會(huì)下設(shè)了環(huán)境與工程地球物理專(zhuān)業(yè)委員會(huì)、工程地球物理專(zhuān)業(yè)委員會(huì)、近地表地球物理專(zhuān)業(yè)委員會(huì)，1997年我國(guó)即召開(kāi)了環(huán)境與工程地球物理國(guó)際會(huì)議,2004年由中國(guó)地質(zhì)大學(xué)王家映教授等發(fā)起并建立了“中國(guó)環(huán)境與工程地球物理國(guó)際會(huì)議”(ICEEG)機(jī)制,并分別于2004年、2006年、2008年在中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)主辦了第一、二、三屆會(huì)議,2018年6月在浙江大學(xué)召開(kāi)了第八屆ICEEG會(huì)議。

縱觀中國(guó)環(huán)境與工程地球物理學(xué)科的發(fā)展歷程，走出了一條從無(wú)到有、由小到大、由弱到強(qiáng)的運(yùn)行軌跡。為此，本文根據(jù)中國(guó)知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)檢索，以某一地球物理學(xué)術(shù)期刊——《工程地球物理學(xué)報(bào)》近年來(lái)(2016、2017年)刊發(fā)的環(huán)境與工程地球物理理論與應(yīng)用成果的論文為例，通過(guò)梳理與分析傳統(tǒng)地震方法、電法、電磁法以及新的地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)、核磁共振技術(shù)等地球物理方法和技術(shù)在環(huán)境與安全科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，以期揭示環(huán)境與工程地球物理技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及其規(guī)律性問(wèn)題。

1 地球物理技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害勘查中的應(yīng)用

1. 1 滑坡地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查

滑坡具有災(zāi)害性、破壞性大的特點(diǎn)，為了規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)、減小損失，查明滑坡體潛在的滑動(dòng)面非常有必要[1-5]。許華麗等[6]采用高精度并行電阻率法對(duì)滑坡體進(jìn)行了數(shù)值模擬與探查實(shí)踐應(yīng)用，通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)滑坡的探查解釋?zhuān)o出了滑坡滑動(dòng)面深度等參數(shù)，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)鉆探資料，發(fā)現(xiàn)并行電阻率法對(duì)滑坡體潛在滑動(dòng)面的探查解釋結(jié)果可靠、效果良好，可為滑坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)提供重要的參考依據(jù)。

高密度電法具有測(cè)點(diǎn)密度大、采集速度快、抗干擾性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于滑坡等地質(zhì)災(zāi)害治理和工程勘察中。利用該方法測(cè)量過(guò)程中，通過(guò)將橫向電剖面法與縱向電測(cè)深法相結(jié)合，形成陣列式勘探，可獲取豐富的地電信息。如何清立等[7]利用高密度電法對(duì)滑坡區(qū)域進(jìn)行勘查，通過(guò)解譯地電成果圖獲得了滑坡體縱、橫向發(fā)育及展布情況，查明了滑坡體空間形態(tài)特征、滑動(dòng)面埋深以及與滑坡發(fā)育相關(guān)的斷裂情況等，反映了該方法在滑坡地質(zhì)災(zāi)害治理中的實(shí)際應(yīng)用效果，對(duì)后期工程鉆探起到了很好的指導(dǎo)作用。

在滑坡監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，滑面(帶)的識(shí)別是監(jiān)測(cè)滑坡體滑動(dòng)情況的重要手段。馬國(guó)凱等[8]運(yùn)用核磁共振(SNMR)技術(shù)、高密度電阻率法、地震面波法等綜合物探技術(shù)監(jiān)測(cè)滑坡體滑面(帶)，得到了滑面(帶)對(duì)應(yīng)的識(shí)別特征，并結(jié)合三峽庫(kù)區(qū)白水河區(qū)域滑坡的監(jiān)測(cè)試驗(yàn)，取得了較好的監(jiān)測(cè)效果。

基于滑坡的發(fā)生常與水的作用有密切的關(guān)系,并且滑坡中的電性參數(shù)分布和滑坡產(chǎn)生的電場(chǎng)異常都與穩(wěn)定邊坡有明顯的不同,采用頻譜激電法研究滑坡存在良好的地質(zhì)-地球物理前提。羅傳華等[9]對(duì)銅陵市某滑坡地段含水地層電阻率和電化學(xué)活動(dòng)性要素進(jìn)行了分析,并采用頻譜激電法對(duì)該滑坡地段滑動(dòng)面進(jìn)行了探測(cè)試驗(yàn)研究，通過(guò)綜合該地區(qū)邊坡工程地質(zhì)巖性特征和頻譜激電法提供的物性信息,初步推斷該滑坡體平均厚約25 m,滑動(dòng)界面深度在30～40 m處,滑動(dòng)面與巖體結(jié)構(gòu)面之間的關(guān)系為順層滑坡關(guān)系,類(lèi)型屬于疊瓦狀巖質(zhì)滑坡,較好地完成了對(duì)該滑坡體的探查。

井地地震CT法以其不損壞目標(biāo)體、工作量小而廣泛應(yīng)用于工程勘察,且更多應(yīng)用于巖溶溶洞探測(cè)中。劉黎等[10]首次將井地地震CT技術(shù)引入到巖畫(huà)山體探測(cè)中,總結(jié)歸納了相應(yīng)觀測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則,并闡述了資料處理的原理及流程,在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的效果。

1. 2 其他地質(zhì)災(zāi)害勘查

分形與分維理論考慮了異常的空間形態(tài)、變化性以及地球物理場(chǎng)的各向異性和廣義的自相似性，可以分析地球物理場(chǎng)的空間展布，并通過(guò)壓制背景干擾來(lái)突出局部異常，且可以借助分維數(shù)表征空間不規(guī)則形體的復(fù)雜程度，揭示局部隨機(jī)性和整體確定性特征。近地表地質(zhì)災(zāi)害具有多期次和空間相關(guān)性，其所產(chǎn)生的地球物理場(chǎng)會(huì)呈現(xiàn)空間自相似性，滿足多重分形理論，因此可以利用分形與分維理論進(jìn)行地球物理數(shù)據(jù)分析。王萌等[11]將C-A多重分形模型應(yīng)用于放射性地裂縫勘探的數(shù)據(jù)分析，將分維方法應(yīng)用于TEM煤田采空區(qū)勘探的數(shù)據(jù)分析，其效果明顯。

劉智等[12]將高密度電法應(yīng)用于某黃土高填方工程勘察，并評(píng)價(jià)了該方法的應(yīng)用效果。結(jié)果表明：高密度電法不僅可較準(zhǔn)確地探測(cè)沖溝覆蓋層厚度、基巖面走向和趨勢(shì)，當(dāng)?shù)貙与娦圆町愝^大時(shí)，也可探測(cè)出高陡挖方邊坡地層的分層情況。通過(guò)實(shí)踐應(yīng)用，完善了高密度電法在高填方場(chǎng)地的應(yīng)用思路和方法，同時(shí)得出高密度電法可廣泛應(yīng)用于填方體中出現(xiàn)的落水洞、裂縫等不良地質(zhì)現(xiàn)象的深度和范圍等要素調(diào)查的結(jié)論。

硇洲島是湛江市的一個(gè)近陸島嶼，地下水是島上居民生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要水源，由于長(zhǎng)期不合理開(kāi)采，已經(jīng)出現(xiàn)海水入侵的問(wèn)題，對(duì)硇洲島居民生活和生產(chǎn)造成了嚴(yán)重影響。鄭王瓊[13]在收集、整理與分析相關(guān)調(diào)查資料的基礎(chǔ)上，采用GMS軟件中的MODFLOW和MT3D模塊建立了硇洲島海水入侵?jǐn)?shù)值模型，對(duì)硇洲島 2016—2020 年的海水入侵發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了預(yù)測(cè)。結(jié)果表明：硇洲島淺層含水層海水入侵范圍達(dá)到1 km ，中層含水層在硇洲島西部和北部沿海地區(qū)由于越流作用，局部出現(xiàn)了海水入侵現(xiàn)象。為了防止硇洲島海水入侵進(jìn)一步惡化，建議優(yōu)化控制淺層地下水開(kāi)采量，調(diào)整中深層地下水開(kāi)采方案，進(jìn)一步完善地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)網(wǎng)，并采取有效措施防止海水入侵的發(fā)展。

1. 3 地震活動(dòng)趨勢(shì)研究

韓曉飛等[14]研究認(rèn)為：分析現(xiàn)今地震烈度時(shí)，通常會(huì)與同一個(gè)構(gòu)造帶的同震級(jí)歷史地震烈度進(jìn)行對(duì)比分析,用于指導(dǎo)地震救災(zāi)救援；但這種對(duì)比分析的精度不夠,為了能夠?qū)崟r(shí)、準(zhǔn)確地模擬地震受災(zāi)情況,可利用強(qiáng)震記錄獲得地震動(dòng)衰減關(guān)系,并利用該衰減關(guān)系反演出已發(fā)生地震的烈度分布圖；盡管現(xiàn)今反演地震烈度廣泛應(yīng)用于地震救災(zāi)救援,但通過(guò)對(duì)1815年平陸6(3/4)級(jí)地震兩種地震烈度的對(duì)比研究以及震源地現(xiàn)今地震環(huán)境的分析發(fā)現(xiàn),由于研究模型與實(shí)際地震波傳播介質(zhì)差異大,使得地震烈度圈過(guò)于理想,會(huì)忽略掉地層層序的差異性；通過(guò)研究地震地質(zhì)背景,判斷發(fā)震斷裂,可為未來(lái)地震活動(dòng)趨勢(shì)預(yù)報(bào)分析打下基礎(chǔ)。

2 地球物理技術(shù)在巖溶勘查中的應(yīng)用

2. 1 工程建設(shè)巖溶安全隱患勘查

碳酸鹽巖地區(qū)的巖溶塌陷是工程建設(shè)中必須重視的安全隱患[15]。彭超[16]為查明某高速公路工程巖溶塌陷區(qū)的范圍、發(fā)育形態(tài)和規(guī)模，聯(lián)合應(yīng)用了地震映像法和高密度電法。應(yīng)用結(jié)果表明：地震映像法和高密度電法反映的巖溶塌陷勘察結(jié)果具有較好的一致性；高密度電法能更全面地揭露巖溶發(fā)育形態(tài)，地震映像法能更精細(xì)地反映巖溶塌陷異常范圍，聯(lián)合采用兩種方法對(duì)巖溶塌陷進(jìn)行勘察能取得更全面的研究成果。

電磁波 CT 技術(shù)是工程勘查中的一種常用方法，其成果清晰、直觀，能夠清楚地反映出地下不同地質(zhì)體的空間分布。安徽某地進(jìn)行道路拓寬改造，部分路基下伏基巖巖溶發(fā)育，前期進(jìn)行了大量的鉆孔勘探，段春龍等[17]利用已有鉆孔，采用電磁波 CT 法對(duì)注漿前后的測(cè)區(qū)進(jìn)行探測(cè)，并對(duì)探測(cè)結(jié)果進(jìn)行處理與解釋?zhuān)槊髁俗{前測(cè)區(qū)內(nèi)溶洞的大小、形狀和空間分布，同時(shí)根據(jù)注漿前、后電磁波CT數(shù)據(jù)的對(duì)比，說(shuō)明注漿后視吸收系數(shù)整體低于注漿前，表明電磁波 CT法在巖溶勘查和注漿檢測(cè)方面的應(yīng)用效果良好，是一種非常有效的物探手段。

鐵路路基、隧道基底隱伏巖溶的存在對(duì)列車(chē)的運(yùn)行存在安全隱患，為了確保運(yùn)營(yíng)期間的行車(chē)安全，需要對(duì)鐵路路基、隧道基底隱伏巖溶進(jìn)行排查。在探測(cè)現(xiàn)場(chǎng)施工干擾大、個(gè)別地段已經(jīng)施做了整體道床、鋪軌的情況下，牟元存等[18]通過(guò)在野外數(shù)據(jù)采集期間增加觀測(cè)覆蓋次數(shù)，有效地提高了復(fù)雜干擾環(huán)境下的數(shù)據(jù)采集抗干擾能力；同時(shí)采用多偏移距地震映像法抽道處理提取了不同偏移距的地震映像剖面資料，并在地震映像法探測(cè)發(fā)現(xiàn)異常的段落還同步提取了對(duì)應(yīng)位置的面波信息；最后通過(guò)不同偏移距的地震映像資料與面波資料圖像特征的對(duì)比分析，取得了較好的鐵路路基隱伏巖溶探測(cè)效果，為該鐵路的順利開(kāi)通運(yùn)營(yíng)奠定了基礎(chǔ)。

碳酸鹽巖地區(qū)巖溶發(fā)育情況直接影響工程建設(shè)。為了查明巖溶地區(qū)的巖溶發(fā)育情況，指導(dǎo)工程設(shè)計(jì)及施工，陳清[19]在某客運(yùn)專(zhuān)線特大橋巖溶探測(cè)勘察設(shè)計(jì)階段利用高密度電法、跨孔地震及電磁波層析成像方法進(jìn)行巖溶探測(cè)，并結(jié)合各自的原理和特點(diǎn)，在普查階段布置高密度電法，在詳勘階段利用跨孔層析成像技術(shù)進(jìn)行精細(xì)探測(cè)，最終在巖溶探測(cè)中取得了良好的應(yīng)用效果。結(jié)果表明：高密度電法可對(duì)工程建設(shè)區(qū)巖溶發(fā)育情況做出整體的評(píng)價(jià)，但是探測(cè)精度有限；而跨孔層析成像技術(shù)可對(duì)鉆孔間的巖溶發(fā)育強(qiáng)弱程度和空間分布情況做出更為精細(xì)的分析。

巖溶塌陷是建筑場(chǎng)地中頻繁遇到的一種典型的地質(zhì)災(zāi)害，它給工程建設(shè)安全帶來(lái)了極大的安全隱患。徐洪苗等[20]指出查明建筑場(chǎng)地地基巖溶分布及發(fā)育情況受場(chǎng)地條件限制，常規(guī)物探方法基本不能開(kāi)展工作，可考慮根據(jù)巖溶與圍巖的電性差異特征，采用瞬變電磁法(TEM)對(duì)建筑場(chǎng)地巖溶發(fā)育區(qū)進(jìn)行探測(cè)。實(shí)踐證明：瞬變電磁法的應(yīng)用對(duì)查明建筑場(chǎng)地內(nèi)溶洞的分布范圍、規(guī)模大小和埋深具有良好的效果。

為了驗(yàn)證高密度電阻率法、地震映像法在巖溶勘查中的應(yīng)用效果，對(duì)比兩種方法在巖溶等不良地質(zhì)現(xiàn)象勘探中的應(yīng)用，并分析和總結(jié)巖溶視電阻率斷面異常特征及地震映像圖像特征具有重要的意義，陳立波等[21]以桂林冶金廠巖溶勘察為實(shí)例，通過(guò)綜合利用兩種物探方法對(duì)原始資料進(jìn)行精細(xì)分析、整理和反演解釋?zhuān)⒔Y(jié)合實(shí)測(cè)地質(zhì)剖面，得到了一些有意義的研究成果：圈定了場(chǎng)地內(nèi)巖溶的不良地質(zhì)現(xiàn)象；場(chǎng)地巖溶較發(fā)育，發(fā)育深度在 10～30 m之間，為充填溶蝕裂隙，局部存在溶洞。該研究成果為新廠區(qū)的勘察、設(shè)計(jì)和施工提供了科學(xué)的基礎(chǔ)地質(zhì)資料。

胡俊杰[22]采用高密度電法，利用陣列布極,同時(shí)完成了縱、橫雙向二維勘探過(guò)程,廣泛應(yīng)用于巖溶地區(qū)工程勘察中,通過(guò)工程實(shí)例證明了高密度電法在解決巖溶地區(qū)橋梁基礎(chǔ)勘察中具有分辨率高、數(shù)據(jù)量豐富、成本低等優(yōu)勢(shì)。

陳松等[23]指出在巖溶地區(qū)勘查中較常用的物探方法有充電法和高密度電法,并通過(guò)實(shí)例說(shuō)明聯(lián)合應(yīng)用充電法和高密度電法可以確定地下巖溶連通管道的位置和流通方向,且應(yīng)用高密度電法在典型巖溶區(qū)勘查中能給出第四系厚度、地層分層、巖溶發(fā)育情況、巖溶底部埋深深度等,并通過(guò)鉆孔驗(yàn)證了該探測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。實(shí)踐證明：充電法和高密度電法均具有較簡(jiǎn)單的觀測(cè)方式、較高的工作效率和較直觀的解譯結(jié)果,值得在巖溶勘查中廣泛推廣應(yīng)用。

2. 2 水壩巖溶安全隱患探查

為查明某庫(kù)區(qū)壩體巖溶空洞走向，鄭燕青等[24]采用高密度電阻率法對(duì)其進(jìn)行了探測(cè)，野外數(shù)據(jù)采集運(yùn)用合理的觀測(cè)方式，并結(jié)合已知地質(zhì)資料及現(xiàn)場(chǎng)踏勘記錄，推斷出壩區(qū)地下巖溶空洞大致的走向，為后續(xù)鉆探提供了有效依據(jù)與建議。結(jié)果表明：高密度電阻率法具有快速、有效、準(zhǔn)確的特點(diǎn)，是地下巖溶空洞探測(cè)的有效方法之一。

為查清云南某水庫(kù)地下巖溶的分布情況，何國(guó)全[25]采用高密度電阻率法對(duì)其進(jìn)行了探測(cè)，充分利用該方法點(diǎn)距小、數(shù)據(jù)采集密度大、可直觀形象地反映斷面巖溶形態(tài)的特點(diǎn)，最終查明了該測(cè)區(qū)巖溶的位置及其分布情況。經(jīng)鉆探驗(yàn)證，物探推測(cè)結(jié)果正確，取得了良好的應(yīng)用效果。

2. 3 巖溶地質(zhì)災(zāi)害探查

電阻率法勘探技術(shù)具有信息量大、對(duì)探測(cè)對(duì)象無(wú)損害,且成果直觀、準(zhǔn)確、高效等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用于巖溶地質(zhì)災(zāi)害勘查中。劉占興等[26]研究認(rèn)為，電阻率測(cè)深法的探測(cè)深度相對(duì)較大，在探測(cè)深度較大的巖溶方面具有較大的優(yōu)勢(shì)，并以三河市巖溶地面塌陷為研究對(duì)象，采用電阻率測(cè)深法對(duì)地面塌陷區(qū)周邊巖溶發(fā)育情況進(jìn)行了勘查，利用2RES2DINV軟件對(duì)勘查數(shù)據(jù)進(jìn)行反演，并對(duì)反演成果做三維分析，最終對(duì)勘查區(qū)巖溶強(qiáng)發(fā)育區(qū)進(jìn)行了劃分。結(jié)果表明：在地面塌陷區(qū)周邊還存在兩個(gè)巖溶發(fā)育危險(xiǎn)區(qū)，且位于150 m深度左右，其中一個(gè)位于村莊內(nèi)部，這為及時(shí)制定風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防措施提供了依據(jù)。

2. 4 大型溶洞探查

朱紫祥等[27]采用高密度電法對(duì)巖溶發(fā)育區(qū)大型溶洞進(jìn)行了探測(cè)，根據(jù)已知溶洞上方布置的試驗(yàn)剖面探測(cè)結(jié)果得知，溶洞未被填充，為高阻異常反映；通過(guò)對(duì)二維反演模型的異常特征分析，推斷了勘查區(qū)溶洞的分布范圍、地質(zhì)走向、大小和埋深，為后期大型溶洞開(kāi)發(fā)及合理利用提供了重要參考依據(jù)及指導(dǎo)性意見(jiàn)。

2. 5 巖溶地下水勘查

貴州省是典型的喀斯特巖溶地區(qū)，缺水問(wèn)題嚴(yán)重制約了該省的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。為了解決缺水問(wèn)題，貴州省 2013—2015 年每年水井施工超過(guò)1 000口，為了提高成井率、節(jié)約成本，使用物探方法進(jìn)行地表勘查顯得尤為重要。劉永鋒等[28]介紹了超高密度電法和 EH-4 大地電磁法在解決農(nóng)村飲用水和工業(yè)用水方面的應(yīng)用實(shí)例，并總結(jié)了兩種物探方法在遇到巖溶水和裂隙水時(shí)等值線的形態(tài)特征(巖溶水表現(xiàn)為串珠狀、橢圓狀圈閉形態(tài)，裂隙水呈“ V ”字形中-低阻形狀)，最后結(jié)合兩種物探方法的原理和實(shí)例歸納出兩種方法的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍，以指導(dǎo)找水工作，獲得了較好的勘查效果。

3 地球物理技術(shù)在工程安全檢測(cè)方面的應(yīng)用

3. 1 海洋工程安全檢測(cè)

在復(fù)雜的海洋環(huán)境中，海底管道局部懸空和周?chē)翆拥臎_刷是影響管道安全的重要因素。肖志廣等[29]針對(duì)某海域海底輸油管道的安全狀態(tài)問(wèn)題，利用側(cè)掃聲吶探測(cè)技術(shù)對(duì)管道在役狀態(tài)及管道區(qū)海底地形、地貌特征開(kāi)展了調(diào)查工作，并結(jié)合管道區(qū)水動(dòng)力條件和海底沉積物工程性質(zhì)，分析了未沖刷海底、局部沖刷海底、塌陷凹坑和管道局部裸露懸空時(shí)的側(cè)掃聲吶圖像特征。結(jié)果表明：聲波強(qiáng)度對(duì)各種異常海底都有明顯的反映，當(dāng)海底未沖刷時(shí)，聲波強(qiáng)度很弱，圖像中呈現(xiàn)出亮色區(qū)域；當(dāng)聲波強(qiáng)度增強(qiáng)時(shí)，為局部沖刷海底，圖像表現(xiàn)為深暗色調(diào)；當(dāng)出現(xiàn)塌陷凹坑時(shí)，聲波強(qiáng)度會(huì)突然很弱甚至沒(méi)有，圖像中上部為深色調(diào)，下部為淺色調(diào)；當(dāng)管道局部裸露懸空時(shí)，聲波強(qiáng)度很強(qiáng)，在圖像中呈現(xiàn)黑色的深色調(diào)。從而也證實(shí)了側(cè)掃聲吶探測(cè)法在海底管道安全狀態(tài)調(diào)查中是可行、有效的。

林朝旭[30]針對(duì)廈門(mén)海域存在風(fēng)化槽、孤石、礁盤(pán)及隱伏斷裂等不良地質(zhì)現(xiàn)象，為了探明廈門(mén)市地鐵1、2、3號(hào)線工程跨海段的工程地質(zhì)條件，選用高精度水域地震反射波法，基于地震反射 CDP 疊加技術(shù)與分辨率影響因素，以及高精度水域地震反射波法的技術(shù)特征、震源選擇、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理等方面的相關(guān)技術(shù)，獲得了廈門(mén)海域各種不良地質(zhì)體在時(shí)間剖面上呈現(xiàn)出不同的異常特征，并通過(guò)工程實(shí)例說(shuō)明高精度水域地震反射波法在對(duì)巖土層劃分、風(fēng)化槽、孤石、礁盤(pán)及隱伏斷裂進(jìn)行勘察時(shí)，均可取得較好的勘察效果。

韓孝輝等[31]為了研究海南感城近海擬建海上風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)場(chǎng)址區(qū)域的海底地層穩(wěn)定性和承載力問(wèn)題，在該區(qū)域開(kāi)展了單道地震測(cè)量、側(cè)掃聲吶測(cè)量和地質(zhì)鉆探工作。側(cè)掃聲吶圖像顯示，在研究區(qū)域周?chē)?0 m以深水域發(fā)育有可能引發(fā)小型地質(zhì)災(zāi)害的潮流沙脊、沙波等地貌單元；根據(jù)單道地震測(cè)量數(shù)據(jù)的解譯成果和三口地質(zhì)淺鉆的巖心樣品物理力學(xué)指標(biāo)分析，確認(rèn)在該區(qū)域海底地層中有兩個(gè)較好的持力層；根據(jù)小振幅波理論定量分析該區(qū)域海床的穩(wěn)定性，結(jié)果顯示該區(qū)域海床相對(duì)穩(wěn)定，但在天然地震基本烈度為6°條件下海床可能會(huì)失穩(wěn)；根據(jù)單樁實(shí)心打入樁軸向抗壓承載力設(shè)計(jì)值公式計(jì)算得到單樁軸向極限承載力值，結(jié)果顯示研究區(qū)域地層承載力完全滿足三樁結(jié)構(gòu)的風(fēng)力發(fā)電塔建設(shè)要求。研究結(jié)果表明：研究區(qū)域的地質(zhì)條件按有關(guān)規(guī)定抗震設(shè)防，建設(shè)海上風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)是可行的。

3. 2 水庫(kù)堤壩安全檢測(cè)

水庫(kù)蓄水過(guò)程中大堤出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象,將會(huì)危害水庫(kù)的安全[32]。孫禮釗等[33]根據(jù)水庫(kù)大堤介質(zhì)的電性差異,采用高密度電阻率法對(duì)某水庫(kù)南堤滲漏通道進(jìn)行了探測(cè)，即針對(duì)工區(qū)特殊性，通過(guò)改善電極接地條件、選擇合適電極排列方式有效地降低了瀝青混凝土路面的高阻屏蔽效應(yīng)，并采用合理數(shù)據(jù)處理技術(shù),得到了較真實(shí)的地電斷面，從而準(zhǔn)確推斷出滲漏通道的位置。經(jīng)鉆孔驗(yàn)證,并查明了滲漏通道的形成原因。

葉巴灘水電站為雙曲拱壩水電站，壩區(qū)巖體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，高拱壩壩肩抗滑穩(wěn)定性是關(guān)鍵的工程地質(zhì)問(wèn)題，而位于壩肩50 m以內(nèi)的深卸荷巖體在大壩的作用力下將會(huì)形成滑動(dòng)面，這將對(duì)雙曲拱壩的穩(wěn)定性構(gòu)成了極大的威脅。黃曉應(yīng)[34]為了劃分雙曲拱壩壩肩新鮮巖體中的深卸荷巖體，并圈定深卸荷巖體的空間展布，采用平硐聲波、平硐地震波CT 成像綜合物探手段對(duì)壩肩深部卸荷巖體進(jìn)行了劃分及圈定。結(jié)果表明：綜合物探手段對(duì)劃分壩肩深卸荷巖體、了解其空間分布效果顯著，可為高拱壩壩肩抗滑穩(wěn)定性研究提供依據(jù)，也可為整個(gè)拱壩設(shè)計(jì)及基礎(chǔ)處理提供科學(xué)指導(dǎo)。

3. 3 地面塌陷探測(cè)

劉浩等[35]為了查明貴陽(yáng)地區(qū)地鐵施工過(guò)程中出現(xiàn)的圍護(hù)樁塌孔、地面沉降開(kāi)裂等典型工程地質(zhì)問(wèn)題及其原因，結(jié)合場(chǎng)區(qū)基本地質(zhì)條件，采用地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)、高密度電法等物探手段，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖揭示的地質(zhì)信息的分析，認(rèn)為巖土界面上部的軟塑狀紅黏土大量向孔樁內(nèi)臨空面蠕滑以及巖土界面下部的巖溶空腔發(fā)生垮塌是主要原因，針對(duì)巖土界面處軟塑狀紅黏土層實(shí)施了高壓旋噴樁加固工藝，取得了良好的加固效果。

地面沉陷變形會(huì)導(dǎo)致路面平整度變差，易引發(fā)嚴(yán)重的交通事故。李小重等[36]綜合采用地震映像法、瞬態(tài)瑞利波法和探地雷達(dá)法，對(duì)某高速公路路面沉陷變形區(qū)域進(jìn)行了無(wú)損檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果表明：地震映像法探測(cè)深度大但效率低，適宜探測(cè)地下介質(zhì)的縱、橫向變化情況，判斷路基下方是否存在滑動(dòng)面以及是否發(fā)生側(cè)向滑移；探地雷達(dá)法探測(cè)精度、效率高，但有效探測(cè)深度較淺，適宜快速探測(cè)公路結(jié)構(gòu)層中的沉陷變形、破碎破損、裂縫，以及路基中的脫空、空洞等隱蔽病害的分布；瞬態(tài)瑞利波法獲得的面波速度可以直接反映地層的“軟”、“硬”程度，用以判斷其中是否存在軟弱夾層。3種檢測(cè)方法之間相互驗(yàn)證、相互補(bǔ)充，從不同深度、不同角度揭示了路面沉陷變形的狀況、成因和趨勢(shì)，可為采取有針對(duì)性的治理措施提供依據(jù)和技術(shù)支撐。

地面塌陷引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的危害重大。目前,探測(cè)地面塌陷區(qū)的物探方法種類(lèi)繁多,但沒(méi)有一種方法能全面解決各種問(wèn)題,需綜合運(yùn)用多種方法。彭青陽(yáng)[37]以安徽某地面塌陷為研究對(duì)象,利用高密度電法和瞬變電磁法對(duì)重點(diǎn)地面塌陷區(qū)域進(jìn)行了探測(cè),較好地完成了數(shù)據(jù)的采集、處理和反演解釋。結(jié)果表明：兩種方法相互驗(yàn)證、相互參照、相互補(bǔ)充,查明了地面塌陷區(qū)及其附近的覆蓋層厚度、地質(zhì)構(gòu)造和地層巖性變化,可為后期地面塌陷災(zāi)害治理提供科學(xué)依據(jù)。

龔術(shù)等[38]為了查明高速公路不良地質(zhì)體的分布位置、范圍和地表下巖溶的發(fā)育情況,利用高密度電阻率法對(duì)汕昆高速公路陽(yáng)朔—鹿寨施工段地下30 m深度內(nèi)的大溶洞、地下暗河情況以及不良地質(zhì)體進(jìn)行了勘察，通過(guò)對(duì)野外數(shù)據(jù)的精細(xì)處理和反演解釋,在多處施測(cè)路段推斷出有充填溶洞和無(wú)充填溶洞的分布，并準(zhǔn)確圈定出巖體破碎帶。

3. 4 橋梁與樁基工程質(zhì)量檢測(cè)

劉華瑄等[39]為了分析承臺(tái)墊層對(duì)樁基低應(yīng)變檢測(cè)結(jié)果的影響，建立了樁、墊層和土系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)理論計(jì)算模型，利用交錯(cuò)網(wǎng)格有限差分方法進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，得到在瞬態(tài)縱向激振力作用下的承臺(tái)墊層對(duì)樁基完整性檢測(cè)的數(shù)值模擬響應(yīng)。計(jì)算結(jié)果表明：承臺(tái)墊層對(duì)樁基低應(yīng)變檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生了一個(gè)疊加反射波信號(hào)。此外，采用控制變量法從理論上分析了樁身混凝土強(qiáng)度、樁徑和樁身缺陷對(duì)帶承臺(tái)墊層樁基低應(yīng)變檢測(cè)的影響。

曹慧珺等[40]開(kāi)展了利用沖擊回波法檢測(cè)橋梁預(yù)應(yīng)力管道灌漿質(zhì)量以避免橋梁安全隱患的試驗(yàn)，通過(guò)建立滿灌漿、部分灌漿、無(wú)灌漿和灌漿空洞等灌漿質(zhì)量問(wèn)題以及基于不同波紋管材質(zhì)制作預(yù)應(yīng)力橋梁管道的灌漿模型，利用沖擊回波法對(duì)灌漿模型進(jìn)行了檢測(cè)，并采用不同直徑激振錘和不同檢測(cè)間距研究了波紋管內(nèi)部不同灌漿情況的波形響應(yīng)。試驗(yàn)結(jié)果表明：缺陷越大，波形特征越明顯；檢測(cè)金屬波紋管缺陷結(jié)果比塑料波紋管結(jié)果準(zhǔn)確；小檢測(cè)間距檢測(cè)精度高于大檢測(cè)間距，能反映更小的空洞；在檢測(cè)中要選擇適當(dāng)直徑的激振錘以提高檢測(cè)精度。在實(shí)際工程中利用該技術(shù)對(duì)預(yù)應(yīng)力梁進(jìn)行灌漿密實(shí)度檢測(cè)，取得了良好的應(yīng)用效果。

3. 5 放射性廢物安全處置選址

隨著核電事業(yè)的發(fā)展,積累的高放射性廢物越來(lái)越多,面臨的相關(guān)環(huán)境壓力逐步顯現(xiàn),因此必須對(duì)此加以深入研究和予以妥善解決。為了保證高放射性廢物的安全處置,我國(guó)參照目前普遍接受的可行方案,采用深地質(zhì)處置的方法安全處置高放射性廢物。王粵等[41]將可控源音頻大地電磁測(cè)深法應(yīng)用于甘肅北山高放射性廢物地質(zhì)處置預(yù)選區(qū)選址勘查中，結(jié)果表明：可控源音頻大地電磁測(cè)深法能有效地給出預(yù)選場(chǎng)址地質(zhì)體的深部巖性和結(jié)構(gòu)狀況,圈定目標(biāo)地質(zhì)體的空間分布，可為確定預(yù)選場(chǎng)址深部地質(zhì)體的完整性和穩(wěn)定性提供科學(xué)依據(jù)。

4 地球物理技術(shù)在礦山采空區(qū)探測(cè)中的應(yīng)用

4. 1 礦山采空區(qū)探測(cè)

礦區(qū)開(kāi)采后遺留下了采空區(qū)地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題，嚴(yán)重影響了地球生態(tài)環(huán)境和人類(lèi)正常的生存生活環(huán)境[42]。

分布式高密度電法實(shí)現(xiàn)了小點(diǎn)距、長(zhǎng)排列的任意電極組合模式，在確保高分辨率的前提下，可以達(dá)到提高探測(cè)深度的目的。李樹(shù)軍等[43]將分布式高密度電法應(yīng)用于淺埋采空區(qū)的調(diào)查中，即首先建立了不同介質(zhì)充填采空區(qū)的電性異常響應(yīng)模型，然后對(duì)采空區(qū)異常進(jìn)行了正確識(shí)別和圈定。為了建立不同介質(zhì)充填采空區(qū)的電性異常響應(yīng)模型，需要進(jìn)行資料收集和地質(zhì)調(diào)查，合理布置測(cè)線，優(yōu)化電極排列組合，正確選擇采集方法，以及在已知采空區(qū)上進(jìn)行測(cè)量。淺埋采空區(qū)調(diào)查應(yīng)用實(shí)例及分析結(jié)果表明：分布式高密度電法是淺埋采空區(qū)調(diào)查中非常有效的物探方法。

趙偉鋒[44]利用瞬變電磁法對(duì)某煤礦采空區(qū)進(jìn)行了物探勘察，并采用儀器自帶軟件繪制出各條測(cè)線視電阻率擬斷面圖，對(duì)測(cè)區(qū)內(nèi)可能存在的地質(zhì)異常進(jìn)行解釋?zhuān)瑢?duì)不同深度水平視電阻率切片圖進(jìn)行分析，著重分析了地質(zhì)異常的分布規(guī)律，同時(shí)根據(jù)各條測(cè)線視電阻率平面圖和擬斷面圖，結(jié)合相關(guān)地質(zhì)資料圈定煤礦采空區(qū)，繪制出直觀的三維圖。其應(yīng)用結(jié)果表明：瞬變電磁法對(duì)解決煤礦采空區(qū)地質(zhì)問(wèn)題是一種快捷、高效的勘查手段，為后期環(huán)境治理可提供直接、有效的指導(dǎo)。

章雪松等[45]采用聯(lián)合物探方法詳查了礦山尾礦區(qū)內(nèi)的采礦空洞及采空區(qū)。高密度電法在對(duì)異常體的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理時(shí)，由于平滑處理作用，不易發(fā)現(xiàn)到較小的采礦空洞，并有對(duì)異常區(qū)擴(kuò)大的作用。地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)的探測(cè)深度又極為有限，但在較淺層其勘探精度較好。針對(duì)測(cè)區(qū)的采礦空洞埋深不是很深的情況(據(jù)測(cè)區(qū)資料顯示，其深度在 10 m左右)，將地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)與高密度電法聯(lián)合應(yīng)用，加密點(diǎn)距進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，再對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理、推斷解釋?zhuān)商岣邔?duì)采礦空洞及采空區(qū)的探測(cè)精度，特別是在對(duì)已知的采礦空洞進(jìn)行試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，將其物性參數(shù)對(duì)測(cè)區(qū)加以應(yīng)用，可極大地提高工作效率和對(duì)采礦空洞探查的準(zhǔn)確性。

白永利[46]為查明某煤礦東一采區(qū)南一段6-7工作面回風(fēng)順槽掘進(jìn)工作面周邊小煤窯偷采破壞區(qū)的范圍及其富水性，采用綜合物探技術(shù)進(jìn)行了全方位探查，即通過(guò)反射地震技術(shù)對(duì)空區(qū)、空巷發(fā)育范圍進(jìn)行勘查判斷，并借助瞬變電磁技術(shù)對(duì)空區(qū)、空巷的富水性以及富水空區(qū)、空巷的發(fā)育范圍進(jìn)行評(píng)價(jià)，為治理小煤窯偷采破壞區(qū)提供了技術(shù)保障，而且探查成果得到了后期鉆探與實(shí)際揭露的驗(yàn)證。

復(fù)雜山地煤礦采區(qū)三維地震勘探采集工作不同于平原、丘陵等地表?xiàng)l件較好的地區(qū)，在測(cè)量、成孔、放炮生產(chǎn)及質(zhì)量監(jiān)控等各個(gè)環(huán)節(jié)都必須采用有針對(duì)性的手段和方法，以保證能夠獲得高質(zhì)量的原始地震記錄。郭建敏等[47]針對(duì)山西寧武某煤礦較為復(fù)雜的表層、淺層地震地質(zhì)條件，利用機(jī)械鉆、風(fēng)鎬、洛陽(yáng)鏟及翻斗挖掘機(jī)等多種成孔方法，在4種典型地表出露巖性區(qū)(黃土覆蓋區(qū)、坡積物區(qū)、基巖出露區(qū)、河灘卵石區(qū))進(jìn)行了激發(fā)參數(shù)試驗(yàn)，確定了最佳激發(fā)參數(shù)，確保在各種出露巖性區(qū)都能獲得較高信噪比的地震記錄；同時(shí)，針對(duì)山地地震勘探成本高、生產(chǎn)效率低的特點(diǎn)，采用異步施工的方式保證了勘探施工銜接并提高了施工效率；此外，建立了現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)處理工作站，及時(shí)對(duì)各種試驗(yàn)、生產(chǎn)資料和數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與分析，以指導(dǎo)野外生產(chǎn)。實(shí)踐證明：該三維地震勘探采集方法是正確和高效的。

4. 2 積水煤礦采空區(qū)探測(cè)

煤礦采空區(qū)資料缺失、老窯水積聚范圍不明是礦井重組、煤層開(kāi)采的重大安全隱患，而物探方法在礦井老窯水探測(cè)中的作用凸現(xiàn)。王揚(yáng)州等[48]通過(guò)研究瞬變電磁法在地面半空間和礦井井下全空間的應(yīng)用技術(shù)，將兩種方法結(jié)合應(yīng)用，充分發(fā)揮了瞬變電磁法的優(yōu)勢(shì)，對(duì)礦井老窯水進(jìn)行了有效探測(cè)。實(shí)例應(yīng)用表明：綜合運(yùn)用地面和井下瞬變電磁法探查某煤礦采空區(qū)老窯水，有效查明了煤層老窯水的位置及范圍，共探放老窯水 5.9×104m3，排除了安全隱患。

煤層頂板水害對(duì)礦井安全造成了嚴(yán)重威脅,某煤礦4-2煤層在4201工作面軌道巷掘進(jìn)期間,出現(xiàn)了180 m3/h的頂板出水,累計(jì)出水量達(dá)45 000 m3,給礦井安全生產(chǎn)帶來(lái)了重大的影響。經(jīng)采掘揭露,發(fā)現(xiàn)水文地質(zhì)條件比預(yù)期要復(fù)雜得多,礦井松散巖類(lèi)孔隙潛水和碎屑巖類(lèi)孔隙、裂隙潛水以及承壓水富水性不清,需要進(jìn)行水文地質(zhì)補(bǔ)充勘探,以滿足礦井防治水工作的要求。代鳳強(qiáng)[49]通過(guò)地面瞬變電磁法探查了該工作面頂板上方富水異常區(qū)的分布范圍及其相對(duì)強(qiáng)弱,為礦井防治水工作提供了重要的參考資料,根據(jù)物探成果放棄4201工作面,調(diào)整接續(xù)4203工作面。

煤田積水采空區(qū)是威脅礦井安全的主要因素之一。邱衛(wèi)忠等[50]針對(duì)井地電位法特定的邊值問(wèn)題,推導(dǎo)出了相應(yīng)的有限差分格式,并結(jié)合煤田積水采空區(qū)的電性特征及分布特點(diǎn),設(shè)計(jì)了多個(gè)地電模型,分別利用有限差分法對(duì)其進(jìn)行了正演模擬。正演模擬結(jié)果表明：井地電位法對(duì)單個(gè)積水采空區(qū)及橫向上分布的多個(gè)積水采空區(qū)識(shí)別能力較好,而對(duì)垂向分布的多個(gè)積水采空區(qū)識(shí)別能力較弱。該研究結(jié)果對(duì)于煤田積水采空區(qū)的探測(cè)研究具有一定的參考價(jià)值。

4. 3 深大煤礦采空區(qū)探測(cè)

安陽(yáng)井田位于渭北黃土臺(tái)塬地區(qū)，煤層埋深普遍在300 m左右，該煤礦開(kāi)采年代久遠(yuǎn)，采空區(qū)具有埋深大、隱蔽性強(qiáng)等特點(diǎn)，設(shè)計(jì)鐵路需穿越安陽(yáng)井田。為了評(píng)價(jià)該線路的安全性，王宗旭[51]采用音頻大地電磁法和瞬變電磁法對(duì)該區(qū)域進(jìn)行了綜合地球物理勘探工作，并在分析深孔鉆探和礦區(qū)資料的基礎(chǔ)上，得出：設(shè)計(jì)鐵路位于礦區(qū)邊界，采空層標(biāo)高在350～380 m，線路應(yīng)予繞避。實(shí)踐表明：音頻大地電磁法和瞬變電磁法的綜合使用，能較好地滿足鐵路設(shè)計(jì)階段規(guī)避大埋深采空區(qū)選線的需求。

5 地球物理技術(shù)在隧道工程設(shè)計(jì)及施工與安全預(yù)報(bào)中的應(yīng)用

5. 1 隧道工程地質(zhì)探測(cè)

在隧道工程施工前期使用物探方法對(duì)工區(qū)地下構(gòu)造情況進(jìn)行探測(cè)，可以為隧道設(shè)計(jì)及施工提供依據(jù)。EH-4電磁成像系統(tǒng)是一種比較成熟的物探設(shè)備，已經(jīng)在隧道工程設(shè)計(jì)及施工地質(zhì)探測(cè)中得到了廣泛的應(yīng)用。羅建剛等[52]利用該系統(tǒng)對(duì)大冬樹(shù)山公路隧道工程進(jìn)行了勘察，并使用非線性共軛梯度法 (Nonlinear Conjugate Gradient,NLCG)對(duì)野外采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行了二維反演，研究了地形因素對(duì)二維反演結(jié)果的影響，同時(shí)根據(jù)數(shù)據(jù)二維反演的結(jié)果，確定了已知斷裂的深部賦存狀態(tài)，推測(cè)出未知隱伏斷裂的存在，判定出工區(qū)地下局部富水性較強(qiáng)。實(shí)踐表明：EH-4電磁成像系統(tǒng)在隧道工程地質(zhì)勘察中的應(yīng)用效果良好，可成功查明斷層破碎帶、富水帶等不良地質(zhì)構(gòu)造。

隧道工區(qū)地形、地質(zhì)條件復(fù)雜，斷層、破碎帶以及塌陷等不良地質(zhì)體的存在已成為阻礙隧道工程安全施工的主要問(wèn)題，因此準(zhǔn)確、快速地查明此類(lèi)不良地質(zhì)體的規(guī)模與埋深，確保隧道施工過(guò)程的安全順利進(jìn)行顯得尤為重要。鞏建軍等[53]采用高密度電阻率法對(duì)浙江某高速公路隧道工程進(jìn)行了實(shí)際地質(zhì)探測(cè)。結(jié)果表明：該方法不僅能查明隧道所處地段可能存在的隱伏構(gòu)造、斷裂破碎帶和富水區(qū)域的位置，還能查明地表強(qiáng)風(fēng)化層的厚度等，從而驗(yàn)證了高密度電阻率法在隧道勘察中應(yīng)用的可行性及有效性。

隧道掘進(jìn)所面臨地質(zhì)條件的復(fù)雜化，極大地增加了現(xiàn)場(chǎng)施工的難度和危險(xiǎn)性。其中，掘進(jìn)前方地層的巖溶構(gòu)造問(wèn)題是嚴(yán)重影響隧道工程安全的主要難題之一。周文龍等[54]利用陣列式并行電阻率法測(cè)試技術(shù)，并結(jié)合隧道地質(zhì)條件，開(kāi)展了隧道前方地質(zhì)條件的超前探測(cè)與研究。結(jié)果表明：該測(cè)試技術(shù)能夠有效圈定巖溶發(fā)育區(qū)，確定巖層富水情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)溶洞、塌方等異常區(qū)域的快速定位與判斷。該技術(shù)研究為隧道工程在巖溶地質(zhì)條件中安全施工提供了一種新的技術(shù)保障。

音頻大地電磁(AMT)對(duì)于隧道工程地質(zhì)勘察是一種非常有效的方法，它具有不受高阻屏蔽、輕便、探測(cè)深度相對(duì)較大等優(yōu)點(diǎn)，在宏觀上可以查明隧道地層巖性分界、地質(zhì)構(gòu)造及其賦水性。黃日華等[55]以某隧道音頻大地電磁勘查為例，分別對(duì) AMT的采集手段、工頻干擾去噪、靜態(tài)校正、反演方法等關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行了分析，并結(jié)合地質(zhì)資料對(duì)該隧道施工區(qū)的地層分布、斷層和破碎帶的賦水情況等進(jìn)行了分析和解譯，取得了理想的效果。

5. 2 隧道工程病害檢測(cè)

隨著山區(qū)高速公路的不斷發(fā)展,隧道工程建設(shè)也越來(lái)越廣泛,且隨著運(yùn)營(yíng)時(shí)間的增長(zhǎng),隧道病害越來(lái)越多,其中影響較大的是二襯開(kāi)裂,一方面會(huì)影響隧道的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,另一方面會(huì)引起隧道滲水。因此，對(duì)隧道裂縫的檢測(cè)與加固顯得尤為重要。鄒威波等[56]研究認(rèn)為超聲波法對(duì)裂縫無(wú)損檢測(cè)具有穿透能力強(qiáng)、成本低等優(yōu)點(diǎn),在隧道工程、混凝土橋梁等大體積混凝土質(zhì)量檢測(cè)中已得到了廣泛應(yīng)用。利用超聲脈沖波在混凝土中傳播的走時(shí)以及接收波的振幅、頻率和波形等聲學(xué)參數(shù)的相對(duì)變化,可判斷混凝土內(nèi)部的裂縫深度和充填狀態(tài)。但隧道襯砌只具有一個(gè)面,檢測(cè)時(shí)只能采用超聲波平測(cè)法,即在裂縫的被測(cè)部位,以不同的測(cè)距按跨裂縫和不跨裂縫布置測(cè)點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè),并通過(guò)對(duì)比分析來(lái)判定裂縫發(fā)育深度和充填狀態(tài)。將超聲波法與裂縫寬度檢測(cè)儀綜合使用,用來(lái)探測(cè)隧道裂縫的寬度及發(fā)育深度,并將檢測(cè)結(jié)果采用Matlab軟件進(jìn)行三維顯示,可使結(jié)果更為簡(jiǎn)潔、直觀,也為后期的隧道裂縫加固設(shè)計(jì)、施工提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

隨著地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展，它已經(jīng)成為了一種主流的高效、直觀的隧道襯砌無(wú)損檢測(cè)手段。海洋[57]從地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)的影響因素出發(fā)，提出了相應(yīng)的提高隧道襯砌檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性的解決方法，通過(guò)運(yùn)用正演數(shù)值模擬常見(jiàn)的隧道襯砌缺陷的地質(zhì)雷達(dá)響應(yīng)特征，并結(jié)合一些隧道檢測(cè)的實(shí)例，證明這種綜合判斷方法能極大地提高地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)對(duì)隧道襯砌檢測(cè)的準(zhǔn)確性。

5. 3 隧道工程超前地質(zhì)預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)

城市軌道交通隧道施工期間,地震波探測(cè)技術(shù)(TSP)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)可作為地勘資料的補(bǔ)充以指導(dǎo)施工。雷凱等[58]通過(guò)分析大量TSP實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),對(duì)各種可能產(chǎn)生異常信號(hào)的原因以及避免產(chǎn)生和接收到異常信號(hào)的措施進(jìn)行了研究，并通過(guò)TSP地震波探測(cè)技術(shù)在城市軌道交通暗挖隧道中的應(yīng)用實(shí)例,經(jīng)后期開(kāi)挖驗(yàn)證,結(jié)果表明：TSP技術(shù)在城市軌道交通中應(yīng)用效果良好,對(duì)隧道施工過(guò)程中即將出現(xiàn)的地質(zhì)危害起到了提前預(yù)警的作用。

朱海龍[59]對(duì)影響 TSP203 隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)探測(cè)準(zhǔn)確度的因素進(jìn)行了研究，明確指出該TSP203系統(tǒng)在隧道工程應(yīng)用中存在的不足，并在此基礎(chǔ)上分析了影響 TSP203隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)探測(cè)準(zhǔn)確度的因素，包括炮孔布設(shè)、激發(fā)能量、爆破延時(shí)、噪聲干擾等數(shù)據(jù)采集因素，以及數(shù)據(jù)長(zhǎng)度設(shè)定、濾波窗口選擇、反演結(jié)果篩選等數(shù)據(jù)處理分析因素，并提出了相應(yīng)的對(duì)策和措施，以提高 TSP203隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)的準(zhǔn)確度。

瑞利波探測(cè)技術(shù)作為目前先進(jìn)的井下構(gòu)造探測(cè)技術(shù)在各大礦區(qū)有著廣泛的應(yīng)用。劉廣亮[60]利用瑞利波探測(cè)技術(shù)成功解決了幾個(gè)復(fù)雜煤礦地質(zhì)構(gòu)造的超前預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)問(wèn)題，并在探測(cè)過(guò)程中不斷嘗試新的施工方法，改善儀器的性能，調(diào)整儀器的處理參數(shù)，逐步提高儀器的探測(cè)精度和探測(cè)距離，使這項(xiàng)技術(shù)在煤礦地質(zhì)超前探測(cè)中發(fā)揮更大的作用。

在巖溶富水隧道施工過(guò)程中，發(fā)生涌水災(zāi)害的原因十分復(fù)雜，而巖溶涌水風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估方法都有一定的局限性和地域性[61]。為了較準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)隧道巖溶涌水災(zāi)害，郭威等[62]以云桂鐵路對(duì)門(mén)山巖溶隧道為工程背景，依據(jù)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的不確定性推理，構(gòu)建巖溶隧道涌水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型，并運(yùn)用 Netica軟件的案例學(xué)習(xí)功能對(duì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，同時(shí)與地質(zhì)雷達(dá)及紅外探水相結(jié)合。結(jié)果表明：理論評(píng)估結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況相符合；基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的巖溶隧道涌水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，不僅能對(duì)巖溶隧道涌水風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行科學(xué)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及預(yù)警，而且對(duì)制定巖溶隧道涌水防治對(duì)策和處治措施具有重要的理論意義和工程借鑒價(jià)值。

5. 4 人防工程地質(zhì)隱患探測(cè)

晏月平等[63]從早期坑地道人防工程綜合整治的重要性及綜合勘測(cè)的必要性出發(fā)，以該工程地質(zhì)隱患綜合勘測(cè)為目標(biāo)，從歷史變遷、地質(zhì)變化及人文活動(dòng)等方面揭示出坑地道人防工程地質(zhì)隱患的特征，并結(jié)合實(shí)例分析了坑地道人防工程地質(zhì)隱患的主要勘測(cè)方法，以高密度電法、地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)為重點(diǎn)，討論利用地球物理方法進(jìn)行地質(zhì)隱患識(shí)別的技術(shù)，總結(jié)出典型隱患體產(chǎn)生物探異常的規(guī)律；同時(shí)，指出早期坑道地道人防工程安全隱患可分為固有隱患、地質(zhì)隱患、人為隱患三種類(lèi)型，在隱患排查治理時(shí)需要有綜合勘察思路。

由于年久失修，地下防空洞常常引起地表塌陷和建筑物基礎(chǔ)受損等問(wèn)題，因此在有防空洞的區(qū)域進(jìn)行工程建設(shè)時(shí)，必須選擇適合、有效的地球物理方法對(duì)地下防空洞的分布、位置和走向進(jìn)行探測(cè)。孫宗龍等[64]利用高密度電阻率法對(duì)?？谑心车叵路揽斩催M(jìn)行了勘察，取得了較好的地質(zhì)探測(cè)效果，為災(zāi)害的治理提供了依據(jù)。

6 結(jié)論與討論

本文通過(guò)上述對(duì)近年來(lái)某一地球物理學(xué)術(shù)期刊發(fā)表的環(huán)境與工程地球物理論與應(yīng)用成果的論文進(jìn)行梳理與分析,得出以下幾點(diǎn)重要的結(jié)論和啟示。

(1) 環(huán)境與工程地球物理技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。從地球物理學(xué)科領(lǐng)域來(lái)看,傳統(tǒng)地球物理方法如地震方法和技術(shù)(包括聲波法、瑞利波法等)、電法(包括高密度電阻率法、并行電阻率法、分布式高密度電阻率法、電測(cè)深法等)、電磁法(包括瞬變電磁法、EH-4電磁波法、音頻大地電磁法等)得到了廣泛應(yīng)用;地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)、電磁波CT技術(shù)、核磁共振技術(shù)、地震映像技術(shù)、地震層析成像技術(shù)、TSP超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)等新的方法與技術(shù)發(fā)揮了重要的支撐作用。從環(huán)境與安全學(xué)科領(lǐng)域來(lái)看，則包括滑坡、地面塌陷、巖溶、煤礦采空區(qū)、礦井涌水、隧道工程設(shè)計(jì)及施工、垃圾填埋滲漏、水庫(kù)大壩滲漏、核廢料場(chǎng)選址、人防工程安全、地下建筑與地下空間安全、工程質(zhì)量與安全檢測(cè)、地下水資源及安全等眾多領(lǐng)域，涵蓋了人居環(huán)境和工程安全的方方面面，關(guān)系國(guó)計(jì)民生，十分重要。

(2) 環(huán)境與工程地球物理技術(shù)存在發(fā)展瓶頸。根據(jù)文獻(xiàn)檢索可知，與地球物理其他應(yīng)用領(lǐng)域相比，環(huán)境與工程地球物理成果在學(xué)術(shù)期刊發(fā)表的數(shù)量相對(duì)較少，一些專(zhuān)業(yè)地球科學(xué)名刊、大刊幾乎很少刊發(fā)環(huán)境與工程地球物理的論文。究其原因，一是科學(xué)研究問(wèn)題重理論輕應(yīng)用。在地球物理學(xué)術(shù)界，很多人的觀念還是認(rèn)為理論研究才是原創(chuàng)的、高深的、“高大上”的，而對(duì)工程應(yīng)用則較為輕視。這是違背科學(xué)發(fā)展初心發(fā)展規(guī)律的錯(cuò)誤觀念，須知，科學(xué)與技術(shù)發(fā)展的終極目標(biāo)就是要解決人類(lèi)社會(huì)和大自然之間相互作用的種種問(wèn)題，科學(xué)理論方法和技術(shù)只有得到推廣應(yīng)用，轉(zhuǎn)化成有效生產(chǎn)力，其真正價(jià)值才能得以體現(xiàn)和實(shí)現(xiàn)。二是科學(xué)研究對(duì)象重深部輕淺部。很多科技工作者熱衷于運(yùn)用地球物理方法研究地球深部問(wèn)題，包括深部結(jié)構(gòu)與構(gòu)造、深部礦產(chǎn)資源、深部演化及運(yùn)動(dòng)機(jī)理等，而對(duì)包括環(huán)境、安全及工程問(wèn)題的淺部則盲目輕視。對(duì)地球系統(tǒng)的研究者來(lái)說(shuō)，地球深部有著海量未解之題，當(dāng)然需要攻堅(jiān)破解，但地球淺部也并不是“盡收眼底”，諸如地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題、地下空間安全問(wèn)題，關(guān)系著人類(lèi)的生產(chǎn)、生活和生存發(fā)展，同樣需要攻克難關(guān)，造福世界。三是研究課題重縱向輕橫向?？萍紝W(xué)術(shù)界長(zhǎng)期存在重視縱向課題輕視橫向課題的傾向，縱向課題一般都是省部級(jí)、國(guó)家級(jí)課題，而橫向課題多是地方政府、企事業(yè)單位的招標(biāo)項(xiàng)目。環(huán)境與工程地球物理項(xiàng)目多屬橫向項(xiàng)目，自然一定程度上受到冷落。四是學(xué)術(shù)期刊人的隨風(fēng)起舞。期刊評(píng)價(jià)重視基金項(xiàng)目、被引頻次、影響因子等指標(biāo)，那么對(duì)屬于淺部的、應(yīng)用的、橫向項(xiàng)目的環(huán)境與工程地球物理成果則往往被期刊人放在了次要選擇位置。上述四個(gè)方面是制約環(huán)境與工程地球物理學(xué)科發(fā)展的觀念和制度瓶頸，需要社會(huì)、學(xué)界、期刊界合理破除。

(3) 環(huán)境與工程地球物理技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展趨勢(shì)。創(chuàng)新地球物理方法和技術(shù)在環(huán)境、安全與工程領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，對(duì)人居環(huán)境的保護(hù)和治理以及近地表空間的安全利用具有重要意義。一是以基礎(chǔ)研究帶動(dòng)學(xué)科進(jìn)展[65]。基礎(chǔ)研究標(biāo)志著一個(gè)學(xué)科的成熟程度，根據(jù)環(huán)境與工程問(wèn)題在分辨率、 探測(cè)對(duì)象等方面的特殊性,各種新的適用于近地表問(wèn)題的環(huán)境與工程地球物理理論逐漸建立起來(lái),對(duì)生產(chǎn)實(shí)踐發(fā)揮著巨大的指導(dǎo)意義。二是方法和技術(shù)多樣化發(fā)展。 環(huán)境與工程地球物理技術(shù)面對(duì)各種不同特性的地質(zhì)或非地質(zhì)問(wèn)題,尺度、精度、背景環(huán)境千差萬(wàn)別,因此所用方法和手段必須具備多樣化。同時(shí)對(duì)某一問(wèn)題的解決往往需要綜合幾種地球物理方法和手段予以交叉印證與分析。三是發(fā)展高精度測(cè)量技術(shù)。高精度地球物理測(cè)量可以提高對(duì)異常圈定、鉆井定位、工程施工的準(zhǔn)確性,高分辨率地震、高精度重磁、高頻大地電磁等一系列地球物理方法和技術(shù)將進(jìn)一步挑戰(zhàn)現(xiàn)有測(cè)量精度的極限。四是發(fā)展動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)。地球物理動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)在地下水運(yùn)動(dòng)、工程質(zhì)量檢測(cè)、填埋場(chǎng)滲液、堤壩滲漏、溶洞發(fā)育等方面尤其要充分發(fā)揮重要的作用。