馬 驍
由于各種物探方法的應(yīng)用都依據(jù)一定的物理前提,且地質(zhì)、地球物理?xiàng)l件和邊界特征對(duì)測(cè)試成果具有較大的影響,使得這些方法技術(shù)存在著一定的條件性和局限性,加之大中型重點(diǎn)工程大多具有比較復(fù)雜的地質(zhì)和工程問(wèn)題,所以采用單一的物探方法一般難以查明或解決有關(guān)地質(zhì)和工程問(wèn)題,此時(shí)應(yīng)考慮綜合物探進(jìn)行施測(cè),以提高物探成果的地質(zhì)解釋精度和成果分析質(zhì)量,滿足工程勘查之需。如在地質(zhì)勘查項(xiàng)目區(qū)的物探測(cè)試中,綜合物探技術(shù)提供了大量的數(shù)據(jù),積累了豐富的經(jīng)驗(yàn),又應(yīng)用高密度電法、電測(cè)深法和聯(lián)合剖面法查明了地質(zhì)勘查項(xiàng)目的斷層,近乎直立,為地質(zhì)勘查項(xiàng)目的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)提供了科學(xué)依據(jù),發(fā)揮了物探技術(shù)的快速、經(jīng)濟(jì)、便于大面積測(cè)試等優(yōu)點(diǎn)。綜合物探的工程實(shí)例很多在此不一一列舉??傊S著國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的飛速發(fā)展,工程建設(shè)場(chǎng)地開(kāi)發(fā)也向縱深處發(fā)展,其場(chǎng)地的各種自然條件(包括地質(zhì)、環(huán)境等)大多較為復(fù)雜,給前期勘查工作帶來(lái)諸多困難,此時(shí)均要求采用物探技術(shù)解決或了解地質(zhì)和工程中遇到的難題。而作為物探技術(shù)人員應(yīng)在詳細(xì)分析已有勘察資料(區(qū)域性和地區(qū)性)的基礎(chǔ)上,經(jīng)過(guò)實(shí)地踏勘和現(xiàn)場(chǎng)方法試驗(yàn)來(lái)選擇多種物探方法投入施測(cè),以達(dá)到最佳的測(cè)試成果,多快好省地進(jìn)行工程地質(zhì)勘查,發(fā)揮物探技術(shù)的先進(jìn)作用。綜合物探技術(shù)目前廣泛應(yīng)用于地質(zhì)勘查,是一種較新的技術(shù),可以有效提高勘查工作的效果和質(zhì)量。在地質(zhì)綜合物探技術(shù)方面,不同新技術(shù)應(yīng)用的綜合應(yīng)用可以取得更加良好的效果,不同類型可以滿足不同的標(biāo)準(zhǔn),為更好地提高綜合物探技術(shù)在地質(zhì)勘探中的實(shí)踐效果,需要根據(jù)實(shí)際需要控制各個(gè)環(huán)節(jié)的行為,遵循專業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),不斷提高勘探數(shù)據(jù)信息結(jié)果的準(zhǔn)確性。
各種礦產(chǎn)資源在我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮了極其重要的作用,一切生產(chǎn)生活都與礦產(chǎn)資源的開(kāi)發(fā)利用密不可分,為發(fā)展提供了充足的動(dòng)力。但是,實(shí)際發(fā)展情況并不十分理想,我國(guó)目前擁有的礦產(chǎn)資源量、開(kāi)發(fā)程度和有效利用水平無(wú)法與我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展相匹配,這使得所有的生產(chǎn)行業(yè)獲取不了足夠的發(fā)展動(dòng)力。同時(shí),我國(guó)當(dāng)前礦產(chǎn)地質(zhì)勘查工作的實(shí)際水平還不能滿足其他領(lǐng)域?qū)ΦV產(chǎn)資源數(shù)量和質(zhì)量的需求,甚至不合理開(kāi)采導(dǎo)致部分礦產(chǎn)資源枯竭。科技與礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)資源豐富開(kāi)采時(shí)代對(duì)于我國(guó)礦山地質(zhì)勘探的創(chuàng)新和綜合物探技術(shù)的合理應(yīng)用具有重要意義。
第一個(gè)優(yōu)勢(shì)是許多新型工程物探技術(shù)可以在各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)多站點(diǎn)數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測(cè),無(wú)需信息交互,增加了物探任務(wù)的便利性和速度,提高了探測(cè)效率,并能夠節(jié)省運(yùn)營(yíng)時(shí)間、業(yè)務(wù)費(fèi)用。同時(shí),物探技術(shù)可以在多種條件下勘查,不受復(fù)雜環(huán)境的影響,使工程物探人員可以進(jìn)行24小時(shí)觀測(cè)工作,提高工作效率。
第二個(gè)優(yōu)勢(shì)是礦產(chǎn)信息管理的智能化和自動(dòng)化。許多任務(wù)現(xiàn)在無(wú)需人工干預(yù)即可自行執(zhí)行。例如,地質(zhì)勘探接收機(jī)可用于自動(dòng)數(shù)據(jù)采集,同時(shí)自動(dòng)控制系統(tǒng)可用于數(shù)據(jù)采集和傳輸數(shù)據(jù)處理方法。此外,可以設(shè)置異常警報(bào),最大限度地提高勘探工作效率,降低成本的作用。
第三個(gè)優(yōu)勢(shì)是綜合物探技術(shù)在一定程度上實(shí)現(xiàn)了礦物信息的有效性,數(shù)據(jù)信息精度高,速度快,可以最大限度地減少系統(tǒng)偏差,保證采集數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性,綜合物探技術(shù)的高精度、快速的地理信息系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)已在礦產(chǎn)資源領(lǐng)域得到普遍認(rèn)可,并在勘探領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
綜合物探技術(shù)雖然具有諸多技術(shù)優(yōu)勢(shì),但毫無(wú)疑問(wèn),在一些日常工作中仍然存在很多問(wèn)題。處理好這些問(wèn)題,有利于綜合地質(zhì)勘探技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。實(shí)際問(wèn)題的關(guān)鍵在于以下幾個(gè)方面。
第一個(gè)缺陷是錨點(diǎn)選擇的自由性低。在實(shí)際勘探工作中,綜合物探技術(shù)采集礦產(chǎn)信息內(nèi)容時(shí),專業(yè)技術(shù)人員必須遵循一定的操作規(guī)范,在許多環(huán)境中必須暢通無(wú)阻,確保獲得的數(shù)據(jù)和信息的嚴(yán)謹(jǐn)性和準(zhǔn)確性。同時(shí),在選擇測(cè)量點(diǎn)時(shí),還要保證該部位沒(méi)有強(qiáng)磁場(chǎng)。在利用綜合物探技術(shù)采集地質(zhì)勘探信息內(nèi)容數(shù)據(jù)信息期間,測(cè)點(diǎn)的選取必須科學(xué)規(guī)范,降低了測(cè)點(diǎn)選取的自由性,降低工作效率。
第二個(gè)缺陷是準(zhǔn)確測(cè)量的有效性低。由于視野范圍很窄,很容易出現(xiàn)多徑偏差,嚴(yán)重影響了數(shù)據(jù)信息的穩(wěn)定性。例如,在使用地理信息系統(tǒng)對(duì)堤壩、大壩等各種大中型工程項(xiàng)目進(jìn)行測(cè)試的全過(guò)程,由于大壩周?chē)ǔS凶匀坏乩憝h(huán)境和植被,因此,電離層延遲時(shí)間校準(zhǔn)的精度會(huì)因大壩本身的自然地形和植物群落的差異而有所不同,在一定程度上受到損害。
要將綜合物探技術(shù)應(yīng)用于地質(zhì)勘探,嚴(yán)格遵循從點(diǎn)到面,從簡(jiǎn)單到復(fù)雜原則,逐步獲取更多的勘探數(shù)據(jù)。需要對(duì)存儲(chǔ)的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和利用,根據(jù)地質(zhì)勘探作業(yè)的要求選擇合適的技術(shù)參數(shù),建立綜合物探模型,開(kāi)發(fā)各種信息的數(shù)據(jù)處理方法、數(shù)據(jù)分析和推斷提供正確的指導(dǎo)。因此,對(duì)各種信息進(jìn)行詳細(xì)的收集和綜合分析,是綜合物探技術(shù)應(yīng)用的基本要求。
進(jìn)行地質(zhì)勘查時(shí),必須確定災(zāi)害地質(zhì)環(huán)境的化學(xué)性質(zhì)與軟巖材料存在一定的差異。這印證了在應(yīng)用綜合物探技術(shù)時(shí),需要結(jié)合實(shí)際情況,在綜合分析所有相關(guān)資料的基礎(chǔ)上,選擇合適的綜合物探方法。同時(shí)收集各種綜合物探方法的基本參數(shù),分析地質(zhì)體的形成原因和性能特征。這樣可以避免物探異常的模糊性問(wèn)題,提高物探信息的準(zhǔn)確性和一致性。
3.1.1 設(shè)計(jì)測(cè)線
地質(zhì)勘探中信息內(nèi)容和數(shù)據(jù)信息的收集作為綜合物探技術(shù)的基礎(chǔ),在較大程度上對(duì)綜合物探技術(shù)的實(shí)際運(yùn)用效果造成一定程度的影響。收集信息內(nèi)容數(shù)據(jù)信息的第一步是放置測(cè)線,總結(jié)過(guò)去的操作經(jīng)驗(yàn),結(jié)合被測(cè)區(qū)的具體情況,提高表層土層厚度檢測(cè)的準(zhǔn)確性,以及地表測(cè)點(diǎn)和折射測(cè)點(diǎn)設(shè)計(jì)、維護(hù),提高信號(hào)數(shù)據(jù)利用的一致性和效率。測(cè)線布置的技術(shù)方案很多,但必須把控技術(shù)體系實(shí)施中的每一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn),為測(cè)線的技術(shù)應(yīng)用奠定良好的基礎(chǔ)。
3.1.2 參數(shù)設(shè)計(jì)
首先,采集通道。在參數(shù)化設(shè)計(jì)層面,安全通道數(shù)量的選擇是比較基礎(chǔ)的日常任務(wù)。一些操作人員并不關(guān)心這項(xiàng)日常工作,認(rèn)為任務(wù)并不難,導(dǎo)致無(wú)法保證工作的效果和質(zhì)量,在實(shí)際操作過(guò)程中相關(guān)人員必須遵守操作標(biāo)準(zhǔn)。例如,地震儀必須有一個(gè)多通道的接收端口號(hào),通常是12個(gè)和24個(gè)安全通道。由于表層土層厚度有可能較小,在現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)可接受的情況下,應(yīng)盡可能采用數(shù)據(jù)信號(hào)采集,以保證足夠的空間分辨率。在選擇采集通道數(shù)時(shí),確保足夠的空間分辨率,由此才能確保下一階段施工的開(kāi)展。
其次,激震方式。除了采集道數(shù)選擇以外,還有一個(gè)非常重要的工作,就是激震方式的選擇。我國(guó)在參數(shù)設(shè)計(jì)方面的工作之所以能夠在各個(gè)發(fā)展階段滿足社會(huì)的需求,主要原因在于能夠?qū)?shù)設(shè)計(jì)的每一項(xiàng)工作都細(xì)致化的進(jìn)行,不僅如此,還積極的進(jìn)行深化和加強(qiáng)工作,避免一些系統(tǒng)漏洞和安全風(fēng)險(xiǎn),從客觀性和主觀性上,將參數(shù)化設(shè)計(jì)工作提升到一個(gè)新的水平。在參數(shù)化設(shè)計(jì)中,激震模式的選擇非常關(guān)鍵,可以說(shuō)對(duì)參數(shù)設(shè)計(jì)工作具有一定的決定性影響。
從現(xiàn)階段的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看,主要有三種激震方式,三種激震方式的最大勘探深度分別是:錘擊震源達(dá)20m~30m;落中震源可達(dá)30m~50m;爆破源探測(cè)深度可達(dá)50m~150m。激震點(diǎn)土質(zhì)松軟程度影響震源所能激發(fā)的頻率,軟地面的頻率較低,硬地面的頻率較高。三種激震方式各有優(yōu)缺點(diǎn),要達(dá)到理想的效果,需要結(jié)合所在地區(qū)的實(shí)際情況和激震方式的長(zhǎng)處。
最后,道間距設(shè)計(jì)。通道間隔的選擇。多地地質(zhì)環(huán)境實(shí)地勘查雖然采用了綜合物探技術(shù),但存在一些關(guān)鍵點(diǎn)不及時(shí),結(jié)果不準(zhǔn)確,不利于地理學(xué)發(fā)展。道間距的選擇就是一個(gè)非常重要的細(xì)節(jié),由于我國(guó)的幅員比較遼闊,因此在應(yīng)用綜合物探技術(shù)的過(guò)程中,必須在一些細(xì)節(jié)方面進(jìn)行足夠的努力,合理選擇道間距可以使工作更加完善,在提高精度的同時(shí)減少不準(zhǔn)事故發(fā)生。從各個(gè)角度來(lái)說(shuō),道間距能夠幫助綜合物探技術(shù)更加有效的應(yīng)用到地質(zhì)勘查工作中。
地質(zhì)環(huán)境綜合物探技術(shù)應(yīng)用于地質(zhì)環(huán)境研究工作時(shí),應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)和數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,以協(xié)助綜合物探技術(shù)和地質(zhì)環(huán)境研究工作的準(zhǔn)確性,及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并加以解決。在數(shù)據(jù)信號(hào)的統(tǒng)計(jì)分析過(guò)程中,最重要就是工作過(guò)程。許多地區(qū)未能取得良好的勘探結(jié)果,主要因素便是沒(méi)有按照規(guī)定步驟對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。
通過(guò)科技人員和管理人員的不斷總結(jié),數(shù)據(jù)信號(hào)的統(tǒng)計(jì)分析主要包括:面波數(shù)據(jù)信號(hào)的統(tǒng)計(jì)分析和折射波數(shù)據(jù)信號(hào)的統(tǒng)計(jì)分析。面波數(shù)據(jù)信號(hào)的統(tǒng)計(jì)分析主要包括對(duì)面波數(shù)據(jù)信號(hào)的合理采集。從設(shè)置的頻域數(shù)據(jù)信號(hào)窗口中獲取合理的面波數(shù)據(jù)信號(hào)信息的有效周期時(shí)間,獲取面波色散曲線,根據(jù)合理的面波頻域數(shù)據(jù)信號(hào)獲取面波基模色散曲線,并通過(guò)深度轉(zhuǎn)換得到深層的波速,利用圖形的基本原理和室內(nèi)空間均勻性,在測(cè)量點(diǎn)之間插值數(shù)據(jù)信息,得到一行面波速氣象圖。
瞬態(tài)磁感應(yīng)法是綜合物探的主要技術(shù)手段,該技術(shù)主要利用瞬態(tài)電磁技術(shù)對(duì)測(cè)區(qū)地質(zhì)進(jìn)行分析研究,重點(diǎn)對(duì)礦區(qū)進(jìn)行水位勘測(cè)和分析。瞬時(shí)電磁技術(shù),也稱為T(mén)EM,廣泛應(yīng)用于地質(zhì)勘探過(guò)程中。
瞬態(tài)磁感應(yīng)法的原理主要是利用不同原材料的差異來(lái)使磁感應(yīng)工作。該技術(shù)可以分析地下礦體的電導(dǎo)率和磁效應(yīng)之間的差異。得到電磁分布,然后利用相關(guān)的磁感應(yīng)基礎(chǔ)理論,制定一個(gè)可行的方案。該技術(shù)可以對(duì)礦山中的非地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行詳細(xì)的解析,進(jìn)一步提高地質(zhì)勘探的高效性。該技術(shù)方法可以合理地采集礦山相關(guān)水文氣象數(shù)據(jù)信息,對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行全面分析,進(jìn)而制定出合理的解決方案。
探地雷達(dá)法工作原理與其他綜合工程綜合物探相比,探地雷達(dá)法具有很強(qiáng)的靈活性和可擴(kuò)展性,可適用于各種地質(zhì)構(gòu)造,制定了各種技術(shù)方案,地質(zhì)構(gòu)造保證綜合物探技術(shù)的科學(xué)性和合理性。探地雷達(dá)方法在勘探過(guò)程的實(shí)際應(yīng)用中主要表現(xiàn)出以下特點(diǎn)。
第一,探地雷達(dá)法進(jìn)行精確測(cè)量時(shí),程序流程簡(jiǎn)單,實(shí)際操作方便,可長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)采集數(shù)據(jù)。第二,綜合物探技術(shù)對(duì)地質(zhì)環(huán)境勘查效率高,數(shù)據(jù)采集速度更快,可根據(jù)地質(zhì)環(huán)境制定不同的勘探方案。第三,該技術(shù)是一種無(wú)損檢測(cè)技術(shù),與其他技術(shù)相比,它在高效率和速度方面具有很大的優(yōu)勢(shì)。
礦用直流法適用于地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜的地區(qū)。隨著我國(guó)礦產(chǎn)資源的不斷開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì),礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的地質(zhì)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)越來(lái)越復(fù)雜,雖然傳統(tǒng)綜合物探技術(shù)無(wú)法進(jìn)行地質(zhì)環(huán)境勘查,但礦井直流法合理解決了這一問(wèn)題。
通過(guò)礦井直流法分析不同巖石的電學(xué)差異,利用相關(guān)電場(chǎng)理論進(jìn)行詳細(xì)的研究,制定合理的礦山水文地質(zhì)條件解決方案。
我國(guó)土地遼闊,地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜。給地質(zhì)勘查帶來(lái)了很大的困難。此外,隨著自然資源的不斷開(kāi)采,自然資源的勘探和開(kāi)采難度越來(lái)越大,地質(zhì)勘探領(lǐng)域帶來(lái)了新的考驗(yàn)。傳統(tǒng)的勘探技術(shù)已不能滿足地質(zhì)勘探的要求。綜合物探技術(shù)的應(yīng)用,將成為勘探開(kāi)發(fā)的新方向。傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)存在的關(guān)鍵問(wèn)題如下:
首先,如何科學(xué)、規(guī)范地進(jìn)行合理有效的區(qū)分,區(qū)分問(wèn)題關(guān)鍵是如何區(qū)分巖土工程與巖層的邊界,以及地質(zhì)構(gòu)造、弱構(gòu)造面、不良地質(zhì)環(huán)境體的差異。
其次,合理處理地質(zhì)環(huán)境形態(tài)。在整個(gè)地下勘查過(guò)程中,可能存在不明物體、地下結(jié)構(gòu)和不明狀況。如何使用綜合物探技術(shù)來(lái)提高埋藏位置和基礎(chǔ)深度的可預(yù)測(cè)性。
最后,如何改進(jìn)和設(shè)置巖土工程主要參數(shù)。在測(cè)試巖層樣品時(shí),很難對(duì)大量樣品進(jìn)行取樣或進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)試。常見(jiàn)的原材料,如粗粒土層和巖石風(fēng)化層。地質(zhì)工程設(shè)計(jì)方案的主要參數(shù)(承載力、應(yīng)變指數(shù)值等)基本相同。這個(gè)主要參數(shù)可以根據(jù)以下數(shù)據(jù)信息進(jìn)行設(shè)置。綜合探測(cè)包括了面坡法、折射波法,土層厚度分為較薄、較厚,采用坡面法時(shí),測(cè)試道數(shù)分別為12、24、24,檢波器為104HZ,激震方式為垂直、落重,偏移距離為3m~6m或6m~12m這一區(qū)間,采樣點(diǎn)分別為1024點(diǎn)、2048點(diǎn),采樣率為0.20ms、0.25ms;采用折射波法時(shí),測(cè)試道數(shù)分別為12、12、24、24,檢波器為1028HZ,激震方式為錘擊、落重、放泡,偏移距離為3m~6m或6m~12m這一區(qū)間,采樣點(diǎn)分別為1024點(diǎn)、2048點(diǎn),采樣率為0.205ms、0.25ms。
地質(zhì)勘查過(guò)程中綜合物探技術(shù)的應(yīng)用雖然已經(jīng)取得了良好成績(jī),但是由于還存在很多不足之處,因此,在未來(lái)發(fā)展的過(guò)程中,應(yīng)強(qiáng)化技術(shù)創(chuàng)新力度,構(gòu)建信息化的綜合物探技術(shù)模式,增強(qiáng)綜合物探技術(shù)在地質(zhì)勘探中的應(yīng)用效果。首先,提升綜合物探技術(shù)的信息化水平,使用計(jì)算機(jī)總線控制技術(shù)、輔助技術(shù)等,提高綜合物探技術(shù)的靈活性、數(shù)字化、智能化程度,借助數(shù)字技術(shù)和“三遙”技術(shù)等,增強(qiáng)綜合物探技術(shù)應(yīng)用的便利性、可靠性。同時(shí)還需將總線控制技術(shù)應(yīng)用于綜合物探的儀器設(shè)備上,使其向著模塊化、插卡式的方向發(fā)展,能夠智能化、自動(dòng)化完成地質(zhì)勘探的工作。另外,也可以使用單片數(shù)字信號(hào)處理器技術(shù)增強(qiáng)綜合物探技術(shù)的應(yīng)用效果,完善誤差修復(fù)的功能。其次,理論的創(chuàng)新化發(fā)展。地質(zhì)勘探中的綜合物探技術(shù)在未來(lái)發(fā)展的過(guò)程中,會(huì)向著理論創(chuàng)新性的方向進(jìn)步,通過(guò)小波理論、分形幾何理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算理論、地理信息技術(shù)理論等,完善綜合物探技術(shù)的應(yīng)用功能,準(zhǔn)確進(jìn)行地質(zhì)勘探,獲得精準(zhǔn)、詳細(xì)、全面的勘探數(shù)據(jù)信息,通過(guò)計(jì)算機(jī)計(jì)算進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、查詢和輸出,得到最佳的地質(zhì)勘探結(jié)果,便于準(zhǔn)確開(kāi)展各項(xiàng)勘探工作,充分發(fā)揮新理論的作用價(jià)值,達(dá)到預(yù)期的創(chuàng)新發(fā)展目的。
總之,傳統(tǒng)的勘探技術(shù)已經(jīng)不能融入時(shí)代進(jìn)步的需要,合理利用綜合物探技術(shù),提高地質(zhì)勘探應(yīng)用的嚴(yán)謹(jǐn)性和合理性,還可以提高地質(zhì)勘探、礦產(chǎn)資源管理方法的工作效率。