如何提高工程物探教學質量與市場高效應用

楊雙安 云美厚 李曉斌

摘 要：工程物探是地球物理勘探專業用于工程勘查中解決地質問題的主要技術手段，是目前工程地質勘探手段中性價比較高的方法。文中對工程物探的新方法、新技術劃分類別模式，以及它們在工程及環境地質調查中的應用，強化新技術的融合模式及實踐應用的高效性，以及多種專業方法融合解決多重地質屬性的問題，有助于學生專業知識鞏固及靈活應用于解決實際問題的能力，達到培養能滿足企業或工程領域需求專業人才的目的。

關鍵詞：工程物探 融合度 新方法

《工程物探》是地質工程、地質工程（卓越工程師）專業的專業選修課，通過本課程的教學，向學生傳播用于工程勘查的一些獨特物探方法的基礎理論、方法技術、數據處理及資料解釋方法以及在工程地質中的使用范圍等，為學生后續專業課程學習以及今后從事工程物探工作打下堅實的基礎。

在課程教學中首先明確工程物探方法的類別模式，不同方法理論區別以及工程實踐教學關鍵技術，以提高學生對理論核心概念的理解及實踐動手能力和專業知識靈活應用能力。

一、專業理論與方法類別劃分模式

對于非物探專業的學生來說，學習一門高新技術、多手段的課程，首先，要把不同原理的技術手段類別分清楚，本課程涉及以地震勘探的彈性波理論和電法勘探的電磁場理論基礎，其次，是同一理論基礎不同方法的區別，有這樣的思路學完才會條理清楚。[1]按理論及方法類別劃為以下模式：

1.彈性波理論為基礎的模式

①彈性差異引起的地震勘探模式：包括淺層反射法、淺層折射法、瑞雷波法和TSP隧道工程超前探;主要是解決巖性地層劃分及地質異常體的探測。

②彈性波測試模式：包括聲波法和地震波法。聲波法可選用單孔聲波、穿透聲波、表面聲波、聲波反射、脈沖回波等;地震波法可選用地震測井、穿透地震波速測試、連續地震波速測試等;用于地基樁的檢測，地層速度測定等。

2.電磁場理論基礎的模式

①電磁理論感應低阻體的電法勘探模式：包括電測深法、電剖面法、高密度電法、自然電場法、充電法、激發極化法、可控源音頻大地電磁測深法、瞬變電磁法等;主要用于探測低阻（高祖）地質異常體。

②高頻電磁波反射的探地雷達（地質雷達）模式：可選擇剖面法、寬角法、環形法、透射法、單孔法、多剖面法等;主要用于解決50米以淺的地質問題。

二、新技術融合傳統模式

掌握傳統方法的原理，加深理解新技術方法的特點。隨著科學技術的進步，不斷涌現出新的技術與方法融合了傳統專業技術方法。比如：高密度電阻率法即為直流電阻率測深法和電祖率剖面法融合。

假如要完成一個勘探區低阻體的探測，采用直流電測深法，施工順序是先依次進行測線上每個測點電測深工作，依據所有測點數據計算出每條測線的電剖面，工序簡單重復、周期長、效率低。

如果采用高密度電阻率法，那就是集電阻率測深與電阻率剖面于一體來完成的，一條測線上的電極布設一次性完成，減少因電極布置反復移動而產生的故障和干擾誤差;有程控開關控制電極裝置的轉換可進行有效的多種電極排列方式采集，可獲得豐富的地電斷面;野外數據采集自動化，避免手工操作出現的錯誤，可達到事半功倍的效果。[2]

由此可見，新技術方法的應用，不僅減少重復布極帶來的誤差，同時，大大提高了施工效率，降低了勘探成本。

三、多種專業方法融合解決多屬性的地質問題

專業知識的學習關鍵在于學以致用，在解決具體實際工程地質問題時，會遇到有多重屬性的問題，不是一種傳統的方法能解決所有問題。而是采用不同的物探方法解決不同地質屬性問題，比如隧道超前探，就是在隧道開采過程中，對前方未開采區域進行探測，既然是探測就是要探測未知區域兩種地質屬性，一是要查明前方未知區域的地質異常體或構造屬性，二是需要預測地質異常體或構造的富水特征屬性。針對這一問題要采用TSP隧道超前探和TEM瞬變電磁法：

基于地震波理論的TSP技術，是在掌子面后方側壁上一定范圍內布置一排爆破點，在爆破孔后遠離掌子面方向布置兩個三分量檢波器。震源則會產生地震波信號，并在隧道周圍的巖體中傳播，當遇到巖層變化時，巖石強度會發生變化，一部分地震波信號將返回被檢波器接收，最后通過TSP-Win軟件處理之后可以得到隧道掌子面前方的地質概況、不良地質體的空間位置和縱橫波速度的變化規律等，超前預報的距離長范圍大，抗干擾能力強，對地質構造探測精準度高。[3]

瞬變電磁法簡稱TEM。是一種低頻輸入電磁場信號源，電磁能量交替傳播，使它直接從場源延伸到地下。發射的一次場感應前方低阻地質異常體產生渦流，而在一次場斷電后，二次場電流釋放放出的交變電磁場被檢測到，檢測到的信號可以有效識別，并對含水體的賦存狀態及位置識別度較高，但是比較容易受到周圍環境的影響。

TSP與TEM兩種方法各有優缺點，但二者可以互相補充、取長補短;其成果融合解釋可達到預期的效果。

結語

工程物探應用越來越廣泛，而且新的方法技術不斷涌現，教學中遵循由簡單到復雜、單一手段到多種方法融合都取得比較好的效果，培養學生掌握新技術、新方法的先進性、科學性，結合生產實際的地質問題，有多屬性的現象可采用不同方法融合來完成切實有效。達到培養學生學以致用、學用結合，活學活用，融會貫通的教學目標。

參考文獻

[1]云美厚，楊雙安.大學生逃課現象分析及對策[J].中國地質教育，2016，25（03）：91-96.

[2]李曉斌，楊振威，馮磊，楊雙安.地球科學大數據與人工智能技術專業建設探索[J].中國地質教育，2019，28（01）：28-31.

[3]云美厚.整合教學在“應用地球物理學”課程教學中的應用[J].煤炭高等教育，2013，31（02）：113-116.

[4]楊雙安.基于“卓越計劃”的煤田地震勘探教育模式[J].大學教育，2015（8）：146-147.

[5]張勝業，潘玉玲.應用地球物理學原理[M].北京：中國地質大學出版社，2004：57-68.

作者簡介

楊雙安（1965.12—），男，漢族，山西聞喜人，副教授（工學博士），主要從事應用地球物理教學與科研工作。