丁超DING Chao
(山東省煤田地質(zhì)局第一勘探隊(duì),滕州 277500)
人類(lèi)借助地質(zhì)工作對(duì)我們所生存的地球的物質(zhì)屬性進(jìn)行深入探究,地質(zhì)工作中實(shí)驗(yàn)測(cè)試環(huán)節(jié)有著非常重要的作用。眾所周知,通過(guò)地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試才能對(duì)礦產(chǎn)資源進(jìn)行有效開(kāi)發(fā)。如果在確保礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)過(guò)程中生命安全的基礎(chǔ)上充分了解開(kāi)發(fā)區(qū)域地質(zhì)信息,對(duì)地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試技術(shù)的要求是非常高的。除此之外,每一個(gè)大型建筑項(xiàng)目都與地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試技術(shù)緊密相關(guān)。經(jīng)各項(xiàng)地質(zhì)測(cè)試實(shí)驗(yàn)后,獲取的數(shù)據(jù)信息,能夠?yàn)榈刭|(zhì)工作者的地質(zhì)保護(hù)活動(dòng)或地質(zhì)開(kāi)發(fā)工程提供可靠建議。人類(lèi)依靠精準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)測(cè)試技術(shù)去準(zhǔn)確了解各項(xiàng)地質(zhì)資源的動(dòng)態(tài)變化,以規(guī)劃更加有效的解決措施,應(yīng)對(duì)環(huán)境污染問(wèn)題、能源短缺問(wèn)題、礦產(chǎn)分布及儲(chǔ)量等各種資源問(wèn)題和環(huán)境問(wèn)題。
另外,地質(zhì)成果和地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試之間同樣存在著十分緊密的聯(lián)系,地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試的專(zhuān)業(yè)性在很大程度上決定著地質(zhì)成果的完成質(zhì)量。在整個(gè)地質(zhì)工作中,通過(guò)地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試工作的開(kāi)展,能夠?qū)⒕_的信息內(nèi)容提供給地質(zhì)工作者,地質(zhì)工作者對(duì)被測(cè)試區(qū)域地層的物質(zhì)組成、礦物分布及儲(chǔ)量、地質(zhì)結(jié)構(gòu)、水域?qū)傩圆拍苡懈逦唧w的了解,對(duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果的正確與否進(jìn)行驗(yàn)證,兩者的相互作用推動(dòng)地質(zhì)工作高效開(kāi)展。
地質(zhì)工作的進(jìn)行以地質(zhì)實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ),探究地球物質(zhì)結(jié)構(gòu)、地質(zhì)演變等實(shí)踐活動(dòng),其中涉及到水文地質(zhì)、氣候環(huán)境以及植被覆蓋等多方面,因此,地質(zhì)工程中的實(shí)驗(yàn)測(cè)試內(nèi)容較為復(fù)雜。主要的實(shí)驗(yàn)測(cè)試內(nèi)容,例如,巖礦探測(cè)、化學(xué)探礦、地形測(cè)量、地質(zhì)勘探、災(zāi)害預(yù)防等內(nèi)容。研究人員和勘察人員等,通過(guò)對(duì)區(qū)域內(nèi)地質(zhì)進(jìn)行多方面的測(cè)試實(shí)踐,獲取重要勘查信息,為礦物質(zhì)資源分析、礦山開(kāi)采、地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防、生態(tài)環(huán)境保護(hù)等工作提供可靠數(shù)據(jù)。地質(zhì)工作中實(shí)驗(yàn)測(cè)試技術(shù)分類(lèi)較多,可用于預(yù)測(cè)地震、勘察水文與海洋等,能夠?qū)Φ叵滤?、礦產(chǎn)等資源進(jìn)行精確檢測(cè),幫助地質(zhì)工作者對(duì)地質(zhì)資源進(jìn)行科學(xué)分析與合理開(kāi)發(fā),解決全球資源匱乏問(wèn)題。通常進(jìn)行地質(zhì)信息檢測(cè)時(shí),需要用到多種實(shí)驗(yàn)檢測(cè)技術(shù),例如GPS 定位技術(shù)、X 射線熒光光譜技術(shù)、原子吸收技術(shù)等,這些技術(shù)的配合使用,能夠協(xié)同促進(jìn)地質(zhì)工作的檢測(cè)效率,加上物理、數(shù)學(xué)及化學(xué)模型的建立,能夠直觀、形象地反映出地質(zhì)樣品組成要素與性能指標(biāo),使地質(zhì)工作者獲取區(qū)域中的地質(zhì)條件和礦產(chǎn)資源分布等信息,促進(jìn)我國(guó)復(fù)雜地質(zhì)的深入研究以及資源的合理開(kāi)采利用。
在地質(zhì)找礦的實(shí)際調(diào)查中,實(shí)驗(yàn)測(cè)試能幫助地質(zhì)工作者提高工作效率、獲取更全面的地質(zhì)信息,使其能對(duì)地質(zhì)構(gòu)造更加了解,對(duì)區(qū)域的參考數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。通過(guò)對(duì)礦石樣本的實(shí)驗(yàn)剖析,能夠獲取礦石的物質(zhì)與成分等相關(guān)信息,為之后的工作開(kāi)展提供參考依據(jù)。根據(jù)地質(zhì)工作中相關(guān)的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn),將礦石樣本準(zhǔn)確分類(lèi)進(jìn)行檢驗(yàn),以保證測(cè)試結(jié)果的精準(zhǔn)性。例如:圈定白云巖礦、石灰?guī)r礦儲(chǔ)量中元素的測(cè)試、圈定煤礦儲(chǔ)量中煤樣的測(cè)試、鈾礦普查中異常區(qū)的圈定等。在實(shí)驗(yàn)中,通過(guò)對(duì)礦石元素與含量的實(shí)驗(yàn)測(cè)試,輔助地質(zhì)找礦工作的進(jìn)行。另外,我國(guó)不同區(qū)域內(nèi)巖石和礦產(chǎn)資源特點(diǎn)不同,先進(jìn)行不同區(qū)域的樣本分析,采取有針對(duì)性的預(yù)防方案,避免地質(zhì)找礦過(guò)程中事故的發(fā)生,還要完善事故發(fā)生后的安置措施,將損失降到最小。通過(guò)對(duì)地質(zhì)條件的深入探究,了解其風(fēng)險(xiǎn)值,以綜合制定出科學(xué)有效的應(yīng)對(duì)方案,避免受到傷害。
例如,X 射線熒光光譜技術(shù)的應(yīng)用,能夠?qū)r石礦物中元素進(jìn)行測(cè)試與分析。對(duì)巖石礦物中主要元素與微量元素進(jìn)行準(zhǔn)確鑒定和分析,是一項(xiàng)操作較為繁瑣、且費(fèi)時(shí)費(fèi)力的工作。將X 射線熒光光譜法應(yīng)用的礦物質(zhì)元素的測(cè)試中,再結(jié)合化學(xué)分析方法,不僅能夠大大簡(jiǎn)化巖石元素分析工作量,更重要是還能夠提高測(cè)試精密度。我國(guó)地質(zhì)類(lèi)型較多且地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜,為更好的測(cè)試巖土和礦石等所含元素的種類(lèi)與含量,還需使用計(jì)算機(jī)信息技術(shù)、硼酸鹽熔融制樣以及基體效應(yīng)的數(shù)學(xué)校正與X 射線熒光光譜分析技術(shù)結(jié)合使用。X 射線測(cè)量示意圖如圖1 所示。
圖1 X 射線測(cè)量示意圖
X 射線熒光光譜技術(shù)也可應(yīng)用于區(qū)域化探,采用粉末樣品壓片制樣的方法與此技術(shù)結(jié)合,能夠?qū)Χ嘣剡M(jìn)行檢測(cè)與分析。相比于傳統(tǒng)的測(cè)定方法,此方式縮短了測(cè)定所需時(shí)間,提升了測(cè)定精確度,能夠發(fā)揮更高的經(jīng)濟(jì)效益,有著更好的應(yīng)用效果。隨著科技的不斷發(fā)展,X 射線熒光光譜技術(shù)不僅能夠?qū)^(qū)域化探樣品多元素進(jìn)行測(cè)定,還能以此技術(shù)為基礎(chǔ),開(kāi)發(fā)出區(qū)域化探數(shù)據(jù)處理的專(zhuān)業(yè)軟件。區(qū)域化探要求測(cè)定三十九種元素,在X 射線熒光光譜技術(shù)的應(yīng)用下,能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)其中二十四到二十六種以上元素的測(cè)量,且測(cè)定率能夠得到有效保障,顯著提升了地質(zhì)檢測(cè)儀器的樣品測(cè)定效率。
雖然我國(guó)具有豐富的礦產(chǎn)資源,但是對(duì)能源的開(kāi)采利用依然擁有較大空間。
在進(jìn)行開(kāi)發(fā)與利用礦產(chǎn)資源時(shí),應(yīng)當(dāng)預(yù)先開(kāi)展相關(guān)勘探與普查工作。在開(kāi)采礦產(chǎn)資源的過(guò)程中,采用合適的地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試技術(shù)應(yīng)用則可以達(dá)到較好的效果。當(dāng)前,我國(guó)高度重視礦產(chǎn)資源開(kāi)采與利用工作,由于地質(zhì)環(huán)境的復(fù)雜性、礦區(qū)面積范圍廣,所以對(duì)地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試技術(shù)提出更加嚴(yán)格的要求。為了有效避免盲目開(kāi)采工作,提升礦產(chǎn)資源利用率,確保礦產(chǎn)開(kāi)采工作人員的生命安全,可以通過(guò)地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試技術(shù)對(duì)開(kāi)采區(qū)域進(jìn)行地質(zhì)勘測(cè),并擴(kuò)大勘測(cè)范圍,同時(shí)建立相應(yīng)的開(kāi)采標(biāo)準(zhǔn)。例如:電磁法在井下瓦斯抽排中的應(yīng)用、礦井水涌水量的測(cè)定、煤的可燃性測(cè)試等。一方面確保資源利用和開(kāi)采的準(zhǔn)確性,另一方面也實(shí)現(xiàn)礦產(chǎn)開(kāi)采風(fēng)險(xiǎn)與成本的降低,使采礦人員的生命安全得到保障。
工程地質(zhì)勘察過(guò)程中,實(shí)驗(yàn)測(cè)試的進(jìn)行是其中重要環(huán)節(jié)。工程地質(zhì)勘查借助眾多地質(zhì)勘探方法和測(cè)試技術(shù)對(duì)被勘探區(qū)域地況進(jìn)行全面探測(cè)與研究,從而分析出工程實(shí)施目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的地層分類(lèi)、礦物成分等各項(xiàng)具體數(shù)據(jù)。工程地質(zhì)勘查中的地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試技術(shù)包括鉆探,地震勘探,釬探,物探等,其中地質(zhì)工作中實(shí)驗(yàn)測(cè)試通過(guò)使用固結(jié)分析儀、快剪儀、三軸測(cè)試儀、滲透系數(shù)測(cè)試儀、分光光度計(jì)、光譜分析儀來(lái)分析地質(zhì)樣本的工程力學(xué)屬性及評(píng)價(jià)地下水對(duì)建筑材料腐蝕性等。通過(guò)科學(xué)的使用這些方法,地質(zhì)勘探工作者能夠分析出該區(qū)域的承載力等工程數(shù)據(jù),從而指導(dǎo)施工單位科學(xué)、安全的開(kāi)展工程施工。
例如,鉆探技術(shù)在工程地質(zhì)勘察中的應(yīng)用,常見(jiàn)的鉆探技術(shù)有反循環(huán)鉆探技術(shù)、繩索取心鉆探技術(shù)、液動(dòng)潛孔錘鉆探技術(shù)以及組合鉆探技術(shù)等。一般情況下,反循環(huán)鉆探技術(shù)可分為水力反向循環(huán)技術(shù)和空氣反向循環(huán)技術(shù)兩中技術(shù),這兩種技術(shù)的本質(zhì)區(qū)別在于循環(huán)介質(zhì)不同。第一種的循環(huán)介質(zhì)通常為泥漿或者水,通過(guò)將水或者泥漿移動(dòng)到鉆孔的最底部,取鉆頭即可獲得巖心,之后巖心隨鉆頭返回地面,按照此方式進(jìn)行循環(huán)完成對(duì)地質(zhì)勘察工作。而第二種鉆探技術(shù)的循環(huán)介質(zhì)為空氣,如圖2 所示,為空氣反循環(huán)鉆探技術(shù)的原理圖。
圖2 空氣反循環(huán)技術(shù)鉆探技術(shù)原理
這兩種類(lèi)型的反循環(huán)鉆探技術(shù)有著各自的優(yōu)勢(shì)與弊端,以水或者泥漿為介質(zhì)的反循環(huán)鉆探技術(shù)通常所取得的巖塊完整性較好,有利于提升巖層判斷的準(zhǔn)確性,其弊端在于所需水量較大,鉆探速度慢,鉆探所需周期較長(zhǎng)。而空氣反向循環(huán)鉆探技術(shù)在實(shí)際使用中,對(duì)勞動(dòng)力需求較小,且因?yàn)椴捎每諝庾鳛榻橘|(zhì),在保證鉆探效益的基礎(chǔ)上,減小了鉆探所需成本,非常適合應(yīng)用于缺水地區(qū),有利于節(jié)約水資源,其弊端在于巖塊的完整性低,所獲得的巖塊樣品大多都是碎屑,無(wú)法較好反映出巖層結(jié)構(gòu)缺陷,不利于對(duì)巖層的準(zhǔn)確判斷。不同類(lèi)型與原理的鉆探技術(shù)各有利弊,其適用范圍可能有所不同,可結(jié)合地質(zhì)情況,合理選擇科學(xué)鉆探技術(shù)。
近幾十年來(lái),社會(huì)經(jīng)濟(jì)及人民的生活水平有了很大提高,但是各種地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生頻率不減。人類(lèi)行為對(duì)環(huán)境的影響和破壞逐漸嚴(yán)重,導(dǎo)致自然環(huán)境無(wú)法承受日益加劇的人類(lèi)活動(dòng),形成了各種地質(zhì)災(zāi)害,嚴(yán)重威脅著人類(lèi)的生命安全和社會(huì)經(jīng)濟(jì)安全。
山體斜坡發(fā)生滑坡或者泥石流、崩塌等災(zāi)害現(xiàn)象的概率較大,如果山體斜坡上的植被覆蓋較差,土質(zhì)不夠堅(jiān)固,在巨大的山體重力作用下,很容易造成土體和巖石下滑。加入同時(shí)遇上暴雨災(zāi)害天氣或者冰雪融化,會(huì)有大量雨水從山上沖刷而下,在一些坡體陡峭或地勢(shì)險(xiǎn)峻的地區(qū)很容易引起泥石流地質(zhì)災(zāi)害。其他地質(zhì)災(zāi)害還有很多,例如,地面變形、塌陷、地震等。近年來(lái),地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā),環(huán)境的劇烈變化加上地質(zhì)技術(shù)的缺陷,人類(lèi)的生命安全和財(cái)產(chǎn)安全無(wú)法被保障。一方面,不僅要實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)測(cè)試技術(shù)在防治地質(zhì)災(zāi)害中的廣泛應(yīng)用,還應(yīng)不斷增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試技術(shù)在面對(duì)各種復(fù)雜、危險(xiǎn)地質(zhì)災(zāi)害的時(shí)候能夠發(fā)揮的作用。例如:地震、滑坡、泥石流、地面塌陷的監(jiān)測(cè)預(yù)防手段都需要完善和改進(jìn)。不僅可以嘗試將不同的實(shí)驗(yàn)測(cè)試技術(shù)應(yīng)用到地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防中,還可以改善實(shí)驗(yàn)測(cè)試的內(nèi)容和手段。
礦山的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)相比于其他行業(yè),更需要安全方面的保障,礦山工程中地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生率要遠(yuǎn)高于其他行業(yè),一旦發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害,會(huì)嚴(yán)重危及到工作人員的生命安全,甚至造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。當(dāng)前,GPS 技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到地質(zhì)災(zāi)害的檢測(cè)與預(yù)警過(guò)程中,GPS 技術(shù)應(yīng)用流程為:首先進(jìn)行GPS 布點(diǎn),之后制定監(jiān)測(cè)計(jì)劃表,最后實(shí)施監(jiān)測(cè)。在對(duì)GPS 布點(diǎn)之前,需要仔細(xì)、實(shí)地考察礦山工程實(shí)施檢測(cè)區(qū)域的地形與地勢(shì)特點(diǎn),GPS 布點(diǎn)是影響GPS 檢測(cè)技術(shù)效果的關(guān)鍵因素,選取的點(diǎn)要求能夠反映出地形變動(dòng)信息、變形率大小、以及形變的大致范圍。預(yù)先架設(shè)并固定好標(biāo)石,依照所檢測(cè)礦山區(qū)域的實(shí)際狀況設(shè)定好標(biāo)石之間的距離,為避免環(huán)境對(duì)GPS 技術(shù)造成干擾或者不利影響,標(biāo)石點(diǎn)周?chē)M量沒(méi)有地表障礙物存在;第二個(gè)環(huán)節(jié)為制定監(jiān)測(cè)計(jì)劃表,地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)型眾多,為能夠?qū)崿F(xiàn)針對(duì)性的預(yù)防和監(jiān)測(cè),預(yù)先推測(cè)出此礦山工程區(qū)域容易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的類(lèi)型和可能性,進(jìn)一步地規(guī)劃出科學(xué)的監(jiān)測(cè)時(shí)間段,專(zhuān)家組或者研究人員擬定出檢測(cè)計(jì)劃,編劃出GPS 衛(wèi)星星歷軌道的可見(jiàn)性計(jì)劃表;最后充分結(jié)合礦山工程的現(xiàn)場(chǎng)狀況實(shí)施全天候監(jiān)測(cè),一般情況下,衛(wèi)星接收設(shè)備最少要有6顆,采取高速運(yùn)動(dòng)下實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)觀察模式,對(duì)礦石工程區(qū)域地質(zhì)情況進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)。
在發(fā)展地質(zhì)工作的諸多方式方法中,實(shí)驗(yàn)測(cè)試技術(shù)居于重要地位。地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試過(guò)程是針對(duì)所采集的樣本所開(kāi)展的深入分析,進(jìn)而對(duì)有關(guān)地質(zhì)情況相關(guān)信息予以獲取,并形成具有參考價(jià)值的報(bào)告。該報(bào)告具備一定的整體性、詳盡性、科學(xué)性與深入性,能夠幫助有關(guān)地質(zhì)工作人員解決地質(zhì)過(guò)程中所存在的重、難點(diǎn)問(wèn)題,并在此基礎(chǔ)上,對(duì)地質(zhì)工作執(zhí)行方案進(jìn)行設(shè)置,為地質(zhì)工作的順利開(kāi)展創(chuàng)造良好條件。
地質(zhì)工作成果和實(shí)驗(yàn)測(cè)試之間同樣存在著十分緊密的聯(lián)系,地質(zhì)工作成果的完成質(zhì)量很大程度上取決于實(shí)驗(yàn)測(cè)試的專(zhuān)業(yè)性。實(shí)驗(yàn)測(cè)試所得數(shù)據(jù)信息有著重要作用。通過(guò)地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試工作的開(kāi)展,能夠?yàn)榈刭|(zhì)工作的進(jìn)行提供準(zhǔn)確的參考內(nèi)容,地質(zhì)工作的成效也是對(duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果科學(xué)性與準(zhǔn)確性的有力驗(yàn)證,兩者的相互作用推動(dòng)地質(zhì)工作的高效開(kāi)展。
實(shí)驗(yàn)測(cè)試技術(shù)在巖土工程、建筑工程以及礦石工作中應(yīng)用廣泛,隨著各行各業(yè)對(duì)地質(zhì)工作要求的不斷提升,人們也在不斷對(duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化、對(duì)實(shí)驗(yàn)硬件設(shè)施與儀器進(jìn)行升級(jí)與強(qiáng)化。通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試技術(shù)的合理使用,能夠?yàn)榈刭|(zhì)工作提供更加專(zhuān)業(yè)的理論建議,為礦山的開(kāi)采提供地下礦物資源儲(chǔ)量和分布等信息。當(dāng)前,在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的時(shí)代,實(shí)驗(yàn)測(cè)試技術(shù)的運(yùn)用更加科學(xué)、有效,按照不同行業(yè)發(fā)展所需解決的問(wèn)題和提出的較高標(biāo)準(zhǔn),人們對(duì)地質(zhì)工作中的實(shí)驗(yàn)測(cè)試技術(shù)進(jìn)行了深入研究和創(chuàng)新,以提升人們對(duì)礦產(chǎn)資源的循環(huán)回收利用和合理開(kāi)采。
人們通過(guò)各項(xiàng)地質(zhì)工作,擴(kuò)大對(duì)自然條件的認(rèn)知和改造能力,從而促進(jìn)人們?nèi)粘I钆c生產(chǎn)條件的提升。工業(yè)化趨勢(shì)下,社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益的提升一定程度上是以犧牲生態(tài)環(huán)境為代價(jià),引發(fā)了一些列水資源污染、礦產(chǎn)資源衰竭以及生態(tài)環(huán)境惡化等現(xiàn)象,這些問(wèn)題都促使地質(zhì)領(lǐng)域相關(guān)工作的不斷改進(jìn)和應(yīng)用,實(shí)驗(yàn)測(cè)試技術(shù)逐漸完善,設(shè)備功能更加多樣化。
總而言之,隨著我國(guó)地質(zhì)工作中實(shí)驗(yàn)測(cè)試技術(shù)不斷創(chuàng)新提高,地質(zhì)工作也獲得了更多的成果,這些都表明地質(zhì)工作中實(shí)驗(yàn)測(cè)試技術(shù)的重要性。地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試對(duì)專(zhuān)業(yè)所提出的要求越來(lái)越嚴(yán)格,應(yīng)當(dāng)將地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試技術(shù)和具體的地質(zhì)工作聯(lián)系起來(lái),才能將其指導(dǎo)作用充分發(fā)揮出來(lái)。在開(kāi)展地質(zhì)工作的過(guò)程中,通過(guò)地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試,對(duì)區(qū)域地質(zhì)的物理、化學(xué)指標(biāo)進(jìn)行獲取,并利用相關(guān)測(cè)試數(shù)據(jù),進(jìn)一步開(kāi)展分析與對(duì)比工作。另外,便捷、高精度的探測(cè)方法也會(huì)大大減輕工作人員的工作量、提高工作效率,進(jìn)而編制出精確高效的報(bào)告,以促進(jìn)我國(guó)地質(zhì)工作的高質(zhì)量穩(wěn)定發(fā)展。