環境與工程地球物理技術研究及應用淺析

摘? 要：隨著我國經濟的不斷發展，科學技術也在飛速的發展。環境與工程地球物理物理技術是生態科學與地球物理學融匯貫通的一門應用型學科，在近年來備受關注。環境與工程地球物理理論以傳統地震方法、電法、電磁法以及全新的雷達技術為出發點，結合我國當前多種先進的科學技術將地球物理技術應用在環境與工程領域中，并以實際應用解決我國當前的環境問題與工程地質問題，以促進我國的可持續發展。

關鍵詞：環境與工程地球物理;地球物理技術;環境與工程;技術研究

中圖分類號：P631? ? ? 文獻標識碼：A ? ? 文章編號：1671-2064（2019）24-0000-00

0 引言

環境與工程地球物理物理技術是生態科學與地球物理學融匯貫通的一門應用型學科，雖然我國照比發達國家起步略晚，但隨著我國近20年的不斷發展，早已熟練的將地球物理技術應用在了各個領域中。在20世紀80年代，我國的相關學者就環境與工程地球物理技術提出了深層次的理論，并且在相關領域展開了積極探索，且取得了一定的成績。在20世紀80年代末，我國的環境與工程地球物理學科出現了多種教材，多數高級院校都開設了相關課程，并且在步入社會崗位后都有著自身獨特的優勢。環境與工程地球物理技術應用領域十分廣泛，但是在發展的過程中存在瓶頸。因此，本文對地球物理技術的創新發展提出了未來展望。

1 地球物理技術在地質災害勘察中的應用

1.1 滑坡地質災害勘察

滑坡具有破壞性強、危害程度大的特點，因此為避免出現滑坡的風險應加強滑坡地質災害勘察，使滑坡地質災害的危害程度降到最小化，減少因滑坡帶來的損失[1]。滑坡地質災害勘察十分重要，因此可以采用地球物理技術采用高精確度的并行店主率法對滑坡地質災害進行數值模擬，同時在實地勘察中加以應用，通過實地勘察得出所需參數，并綜合地質實際情況準確測量出滑動深度，以并行電阻率法對滑坡體潛在的動向進行勘測其結果較為可靠，且勘察效果良好，其勘察數值可以作為滑坡地質災害穩定性的參考依據，并且可以為滑坡地質災害的處理做好鋪墊。

并行電阻在勘察過程中測點密度大，且抗干擾性較強，因此應用高密度電法可以使數據采集速度明顯提升，在當前階段已經被廣泛應用在滑坡地質災害的治理與勘察中[2]。應用并行電阻勘察滑坡地質災害的過程中，可以通過將電測法與電拋面相結合的手段來完成橫向縱向整體勘察，并形成列陣式勘察，減少勘察過程中盲點的出現，使地電信息的獲取更為豐富。同時，利用高密度電法對滑坡地質災害進行勘察可以使成果圖更為精確，通過解譯地電可以獲取成果圖中滑坡體的多方向分布情況，同時可以使滑坡體的形態特征以及斷裂情況充分表現出來，使滑坡體空間與滑動面埋深表現的更為直觀，因此應用高密度電法對滑坡地質災害進行勘察可以充分發揮出實際應用效果，將滑坡地質災害有效治理預防，為后期的滑坡地質災害處理打下了良好的基礎[3]。

1.2 其他地質災害勘察

地球物理技術可以將空間形態充分結合，使其充分表現出出分型與分維理論的特點，并且可以結合空間變化以及空間形式使其擁有相似性，進而分析出地球物理場的空間分布，并通過科學技術化手段使其能夠壓制背景所帶來的各種干擾，進而突出局部異常，并且可以借助分維數推算出空間內不規則形體的復雜程度，從而確保局部的隨機性與整體的穩定性。地質災害具有多期次的特征，且空間內相關性較強，滿足多重分形理論，因此可以利用分形與分維理論進行相關數據分析[4]。將C-A多重分形模型應用在放射性地裂縫勘探數據分析中，可以使TEM每天采空區勘探的數據分析更為準確，并且實際應用C-A多重分形模型可以有效提高模型效率，使效果更佳明顯。

將高密度電法應用在某黃土高填方工程勘察中起到了關鍵性作用，首先是應用高密度電法使地探測沖溝覆蓋層厚度以及基巖面的走向和趨勢更為準確，其次高密度電法在實際勘測時如果出現了地層電性差異較大的情況，也可以探測出高徒挖方邊坡地層的分層情況，且高密度電法在實際應用的過程中，可以不斷完善高填方場地應用的思路和方法。高密度電法可以廣泛應用在填方體中出現的落水洞以及裂縫等不了地質現象中，且針對不同的地質情況可以調節深度以及范圍，且得出的數據較為精準。

某島嶼作為某市的近陸島嶼，其地下水是該市居民的重要水源，但由于長期的不合理開采，該地區的近陸島嶼的地下水資源已經逐漸被海水所入侵，且海水深入問題日益加重，這樣的問題對該區域居民的生活造成了嚴重的影響。因此相關人員針對該問題提出了具體方案，首先收集整理了該地區的相關開采資料，并采用了GMS軟件中的MODFLOW與MT3D技術建立了該地區近陸島嶼的基礎模型，并通過模型推算出了該島嶼的海水入侵數值，隨后對該島嶼從2015年～2020年的海水入侵數值進行了相應的預測，在預測結果中表示，該島嶼地下水淺水層海水入侵范圍最大可達1千米，中層水層局部地區也受到了海水入侵的影響。因此，該地區為防止海水入侵問題的進一步擴大，優化控制了地下水淺水層的開采量，并對中層地下水開采設定了詳細的開采方案，防止了海水入侵問題的惡化，與此同時該地區采用了地球物理技術完善了地下水動態檢測網，通過監測網詳細監控地下水的實時狀態，有效防止了海水入侵問題[5]。

1.3 地震活動趨勢研究

利用地球物理技術分析當前地震發生時的烈度，可以通過構造同震烈度分析來完成地震烈度對比，且可以將此技術應用在地震救援中。但是在當前階段，地震烈度分析精確度無法無法達到精確化標準，因此為了準確模擬出地震烈度情況，使數據精確度提高，可以采用強震記錄獲得地震衰減關系，并利用地震衰減關系分析得出地震烈度分布圖，進而提高數據的精確度，使對比更加清晰。在當前時代中，模型地震與實際地震情況的差異在不斷縮減，使得地震烈度圈逐漸理想化，但是仍應注意地層差異，并通過研究地震的地質背景來判斷發震斷裂，使得該項技術可以廣泛應用在地震救援中，進而為地震活動分析做好相應的鋪墊。

2 地球物理技術在熔巖勘察中的應用

電磁波CT技術使工程勘察中的一種常見應用方式，在勘察中有著自身明顯的優勢，其成效清晰、直觀，能夠清楚的反映出地下不同地址體的空間分布情況。在某地區道路的拓寬改造中，部分路基下伏基巖巖溶出現發育情況，因此在前期進行了大量的鉆孔勘探，并介質鉆孔采用了電磁波CT技術對注漿前后區域進行了相應的探測工作，并對勘探過程中遇到的相應問題進行了詳細的處理，查明了勘探過程中出現注漿溶洞的大小及形狀，并利用電磁波CT技術了解到了溶洞的分布情況。電磁波CT技術可以有效提取出該路段路基下伏基巖的詳細數據，利用數據分析說明了注漿后視吸收系數整體低于注漿前。該工程應用電磁波CT技術表明在巖溶勘察和注漿方面應用電磁波CT技術有著良好的表現效果，是巖溶勘察的有效物探手段[6]。

巖溶坍塌是建筑場地中常見的地質災害，在某建筑場地工程中由于受到巖溶分問題的影響，導致巖溶坍塌事件頻發，對工程整體建設帶來了嚴重的安全隱患。因此，該工程采用了TEM技術對建筑場地巖溶發育去進行了詳細的探測，實踐證明，TEM技術應用在建筑場地地質勘察中可以有效查明建筑場地內的巖溶分布情況，并且可以詳細了解到巖溶的分布范圍以及巖溶貴規模大小，因此在實際應用中有著良好的效果。

3 地球物理技術在工程安全檢測中的應用

3.1 海洋工程安全檢測

地球上海洋總面積為3.6億平方公里，占據地球表面總面積的71%，在復雜的海洋環境中，海底土層的沖刷和海底管道局部懸空是影響海洋管道安全的重要因素之一，針對某海域的地底管道安全狀態問題，應合理利用地球物理技術加以改善，如側掃聲吶探測技術對管道在役狀態以及管道去海底地形、地貌等特征展開調查工作，并結合了管道區水動力條件與海底性質分析了海底的沖刷程度，并且分析了局部沖刷以及塌陷問題，利用側掃聲吶圖像可以全面監控海底管道的信息，且裸露部懸空部分出現問題可以及時進行排查與補救[5]。在側掃聲吶的研究中表明，聲波的強度可以應用在海底檢測中，且聲波表現較為明顯，反應性也較強，當海底沖刷時如側掃聲吶發出的聲波強度較弱，那么圖像中將會出現亮色區域，如側掃聲吶發出的聲波強度不斷增強是，那么海底局部沖刷的圖像將會出現暗色區域，如在實際應用中出現了坍塌凹坑時，聲波的強度會變得極其微弱，如程度較大那么聲波將不會出現，這時圖像上會呈現出上半部分深色區域下半部分為淺色區域，當管道局部出現裸露懸空的情況時，聲波的強度將會突然增強，在圖像中會以黑色表示，因此，將側掃聲吶應用在海洋工程安全檢測中可以有效避免海底管道出現問題，對出現的問題也可以及時補救，使海洋工程更加完善[7]。

某地區海域存在多種問題，如風化槽、隱伏斷裂等不良地質現象，因此為了探明該地區地鐵1.2.3線路跨海段工程地質條件，選用了高精度水域地震反射法，并在CPD技術的疊加上分析了該段工程的影響因素，詳細規劃了地質情況、地震因素等。應用地球數據采集技術獲得了該地區地鐵通行路段的各種不良地質情況，并針對該情況分析了時間剖面的不同異常特征，根據實際地質情況進行了隱伏斷裂勘察，在勘察中取得了良好的應用效果，保證了該地區地鐵在海中路段的安全有效運行。

3.2 水庫堤壩安全檢測

在我國的工程建設中，水庫堤壩建設尤為重要，因此加強水庫堤壩的安全檢測是必要的[8]。水庫蓄水過程中如果出現了滲透現象將會嚴重影響水庫的安全，因此可以利用地球物理技術及時對水庫堤壩進行安全檢測，并根據水庫堤壩的介質電性差異采用現代化科學技術加以完善，在某水庫堤壩中，采用了高密度電阻率法對水庫的南堤進行了通道檢測，并針對工區進行了特殊檢測，通過改善了電極接觸地條件選擇了合適的電極排列方式，并以此方法降低了瀝青混凝土的高阻屏蔽效應。在對水庫堤壩的安全進行檢測時，應結合當前水庫堤壩的數據采用科學合理化的技術手段，使數據的采集更為準確，在數據采集時也應結合水庫堤壩的電斷面來準確的推算出滲漏通道的具體位置，該水庫堤壩在檢測過程中經鉆孔驗證查明了滲透通道形成的原因，并及時加以修復。

某水電站為雙曲拱壩水電站，在該水電站中拱壩的巖體結構十分復雜，因此拱壩的抗洪穩定性成為了該水電站的重中之重。在該水電站中，位于拱壩壩肩50米以內的深卸荷巖體在大壩長期的作用力下會形成一個滑動面，由于滑動面的存在使水壩的穩定性受到了嚴重的威脅。因此，在該水利水電工程中，為了防止滑動面的出現，對雙曲面拱壩進行了詳細的劃分，并針對深卸荷巖體圈定了空間展布，采用了地震波CT城鄉綜合物探手段對雙曲壩壩肩進行了劃分與圈定，同時采用了平硐聲波綜合了物探手段劃分了深卸荷巖體，使空間展布效果更佳明顯，也為該工程的穩定性研究打下了良好的基礎[9]。

3.3 地面塌陷探測

地面塌陷問題嚴重影響著我國的道路安全，在某地區的地鐵施工過程中，出現了圍樁倒塌與地面沉降的問題，因此，采用了地質雷達技術與高密度電法等探測手段，并結合了工程的基礎地質條件，對當前路面的地質情況進行了系統化分析，其結果為巖土界面下部的熔巖空腔發生垮塌是導致路面出現圍樁倒塌與地面沉降問題的主要原因，在巖土界面上部的紅黏土滑動是引發熔巖空腔垮塌的主要原因，因此在該工程修復中采用了高壓旋噴樁加固工藝使紅黏土不再滑動，使得路面問題得到了有效解決[10]。

地面沉降變形會造成嚴重的交通事故，因此在某高速公路中，針對地面沉降問題采用了地震映像法與探地雷達法對該高速公路進行了無損傷檢測。地震映像法雖然探測的更深，但是其速度較慢，因此地震映像法適合應用在地質橫縱變化較大，且深度較深的情況中，該高速公路采用了地震映像法詳細了解了地下是否存在滑動面以及是否發生了側向滑動的問題。探地雷達法探測精度較高，且效率突出，但是無法進行深入探測，因此探地雷達發更適合應用在快速探測中，該高速公路應用探地雷達法了解到了地下路基出現了脫空現象，并且了解到了地下空洞以及多種隱蔽性問題的具體分布。采用多種方式相互驗證、補充可以有效監測高速公路的沉降變形問題，并可以找出路面問題的成因以及發展趨勢，因此采用多種方式對路面進行檢測，可以針對路面問題采用針對性的措施對路面問題有效治理。

4 結語

隨著我國當前科技的不斷發展，環境與工程地球物理技術的應用也逐漸完善。我國環境與工程檢測技術的實際應用十分重要，因此應不斷完善動態檢測技術，使地球物理技術能夠切實發揮出實際作用。

參考文獻

[1]地球物理與工程[J].石油物探，2019，58（02）：152. [T1]

[2]方熠，張慧，朱瑩，王曉明.環境與工程地球物理技術研究及應用述評[J].安全與環境工程，2018，25（06）：8-18.

[3]地球物理與工程[J].石油物探，2018，57（01）：2.

[4]陳龍.地球物理技術在頁巖氣“工程甜點”預測中的應用[J].江漢石油職工大學學報，2018，31（03）：5-7.

[5]薛國強，底青云，程久龍.資源與環境地球物理的前沿問題綜述[J].地球物理學進展，2017，32（04）：1838-1841.

[6]曹丹平，印興耀，孫成禹，李振春.地下地球物理探測教學實驗室建設與實踐[J].中國地質教育，2015，24（03）：73-77.

[7]薛建，黃航，梁文婧.工程與環境地球物理創新型開放性實驗設計[J].實驗室研究與探索，2015，34（08）：186-189+201.

[8]薛國強，底青云，程久龍.資源與環境地球物理的前沿問題綜述[J].地球物理學進展，2017，32（04）：1838-1841.

[9]曹丹平，印興耀，孫成禹，李振春.地下地球物理探測教學實驗室建設與實踐[J].中國地質教育，2015，24（03）：73-77.

[10]陳亮.地球物理在環境與工程中的應用與發展[J].科技創新與應用，2012（02）：28.

收稿日期：2019-11-27

作者簡介：喻佑順（1966—），男，湖北武漢人，本科，高級工程師，研究方向：應用地球物理。