環(huán)境與工程地球物理技術(shù)研究及應(yīng)用淺析

摘? 要：隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，科學(xué)技術(shù)也在飛速的發(fā)展。環(huán)境與工程地球物理物理技術(shù)是生態(tài)科學(xué)與地球物理學(xué)融匯貫通的一門應(yīng)用型學(xué)科，在近年來備受關(guān)注。環(huán)境與工程地球物理理論以傳統(tǒng)地震方法、電法、電磁法以及全新的雷達(dá)技術(shù)為出發(fā)點(diǎn)，結(jié)合我國當(dāng)前多種先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)將地球物理技術(shù)應(yīng)用在環(huán)境與工程領(lǐng)域中，并以實(shí)際應(yīng)用解決我國當(dāng)前的環(huán)境問題與工程地質(zhì)問題，以促進(jìn)我國的可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：環(huán)境與工程地球物理;地球物理技術(shù);環(huán)境與工程;技術(shù)研究

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

0 引言

環(huán)境與工程地球物理物理技術(shù)是生態(tài)科學(xué)與地球物理學(xué)融匯貫通的一門應(yīng)用型學(xué)科，雖然我國照比發(fā)達(dá)國家起步略晚，但隨著我國近20年的不斷發(fā)展，早已熟練的將地球物理技術(shù)應(yīng)用在了各個(gè)領(lǐng)域中。在20世紀(jì)80年代，我國的相關(guān)學(xué)者就環(huán)境與工程地球物理技術(shù)提出了深層次的理論，并且在相關(guān)領(lǐng)域展開了積極探索，且取得了一定的成績。在20世紀(jì)80年代末，我國的環(huán)境與工程地球物理學(xué)科出現(xiàn)了多種教材，多數(shù)高級院校都開設(shè)了相關(guān)課程，并且在步入社會崗位后都有著自身獨(dú)特的優(yōu)勢。環(huán)境與工程地球物理技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，但是在發(fā)展的過程中存在瓶頸。因此，本文對地球物理技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展提出了未來展望。

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

1.1 滑坡地質(zhì)災(zāi)害勘察

滑坡具有破壞性強(qiáng)、危害程度大的特點(diǎn)，因此為避免出現(xiàn)滑坡的風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)加強(qiáng)滑坡地質(zhì)災(zāi)害勘察，使滑坡地質(zhì)災(zāi)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(zhì)災(zāi)害勘察十分重要，因此可以采用地球物理技術(shù)采用高精確度的并行店主率法對滑坡地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行數(shù)值模擬，同時(shí)在實(shí)地勘察中加以應(yīng)用，通過實(shí)地勘察得出所需參數(shù)，并綜合地質(zhì)實(shí)際情況準(zhǔn)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(jìn)行勘測其結(jié)果較為可靠，且勘察效果良好，其勘察數(shù)值可以作為滑坡地質(zhì)災(zāi)害穩(wěn)定性的參考依據(jù)，并且可以為滑坡地質(zhì)災(zāi)害的處理做好鋪墊。

并行電阻在勘察過程中測點(diǎn)密度大，且抗干擾性較強(qiáng)，因此應(yīng)用高密度電法可以使數(shù)據(jù)采集速度明顯提升，在當(dāng)前階段已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在滑坡地質(zhì)災(zāi)害的治理與勘察中[2]。應(yīng)用并行電阻勘察滑坡地質(zhì)災(zāi)害的過程中，可以通過將電測法與電拋面相結(jié)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(diǎn)的出現(xiàn)，使地電信息的獲取更為豐富。同時(shí)，利用高密度電法對滑坡地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)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(shí)可以使滑坡體的形態(tài)特征以及斷裂情況充分表現(xiàn)出來，使滑坡體空間與滑動面埋深表現(xiàn)的更為直觀，因此應(yīng)用高密度電法對滑坡地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行勘察可以充分發(fā)揮出實(shí)際應(yīng)用效果，將滑坡地質(zhì)災(zāi)害有效治理預(yù)防，為后期的滑坡地質(zhì)災(zāi)害處理打下了良好的基礎(chǔ)[3]。

1.2 其他地質(zhì)災(zāi)害勘察

地球物理技術(shù)可以將空間形態(tài)充分結(jié)合，使其充分表現(xiàn)出出分型與分維理論的特點(diǎn)，并且可以結(jié)合空間變化以及空間形式使其擁有相似性，進(jìn)而分析出地球物理場的空間分布，并通過科學(xué)技術(shù)化手段使其能夠壓制背景所帶來的各種干擾，進(jìn)而突出局部異常，并且可以借助分維數(shù)推算出空間內(nèi)不規(guī)則形體的復(fù)雜程度，從而確保局部的隨機(jī)性與整體的穩(wěn)定性。地質(zhì)災(zāi)害具有多期次的特征，且空間內(nèi)相關(guān)性較強(qiáng)，滿足多重分形理論，因此可以利用分形與分維理論進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)分析[4]。將C-A多重分形模型應(yīng)用在放射性地裂縫勘探數(shù)據(jù)分析中，可以使TEM每天采空區(qū)勘探的數(shù)據(jù)分析更為準(zhǔn)確，并且實(shí)際應(yīng)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(yīng)用在某黃土高填方工程勘察中起到了關(guān)鍵性作用，首先是應(yīng)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(zhǔn)確，其次高密度電法在實(shí)際勘測時(shí)如果出現(xiàn)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(shí)際應(yīng)用的過程中，可以不斷完善高填方場地應(yīng)用的思路和方法。高密度電法可以廣泛應(yīng)用在填方體中出現(xiàn)的落水洞以及裂縫等不了地質(zhì)現(xiàn)象中，且針對不同的地質(zhì)情況可以調(diào)節(jié)深度以及范圍，且得出的數(shù)據(jù)較為精準(zhǔn)。

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(qū)的近陸島嶼的地下水資源已經(jīng)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(qū)域居民的生活造成了嚴(yán)重的影響。因此相關(guān)人員針對該問題提出了具體方案，首先收集整理了該地區(qū)的相關(guān)開采資料，并采用了GMS軟件中的MODFLOW與MT3D技術(shù)建立了該地區(qū)近陸島嶼的基礎(chǔ)模型，并通過模型推算出了該島嶼的海水入侵?jǐn)?shù)值，隨后對該島嶼從2015年～2020年的海水入侵?jǐn)?shù)值進(jìn)行了相應(yīng)的預(yù)測，在預(yù)測結(jié)果中表示，該島嶼地下水淺水層海水入侵范圍最大可達(dá)1千米，中層水層局部地區(qū)也受到了海水入侵的影響。因此，該地區(qū)為防止海水入侵問題的進(jìn)一步擴(kuò)大，優(yōu)化控制了地下水淺水層的開采量，并對中層地下水開采設(shè)定了詳細(xì)的開采方案，防止了海水入侵問題的惡化，與此同時(shí)該地區(qū)采用了地球物理技術(shù)完善了地下水動態(tài)檢測網(wǎng)，通過監(jiān)測網(wǎng)詳細(xì)監(jiān)控地下水的實(shí)時(shí)狀態(tài)，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(shù)分析當(dāng)前地震發(fā)生時(shí)的烈度，可以通過構(gòu)造同震烈度分析來完成地震烈度對比，且可以將此技術(shù)應(yīng)用在地震救援中。但是在當(dāng)前階段，地震烈度分析精確度無法無法達(dá)到精確化標(biāo)準(zhǔn)，因此為了準(zhǔn)確模擬出地震烈度情況，使數(shù)據(jù)精確度提高，可以采用強(qiáng)震記錄獲得地震衰減關(guān)系，并利用地震衰減關(guān)系分析得出地震烈度分布圖，進(jìn)而提高數(shù)據(jù)的精確度，使對比更加清晰。在當(dāng)前時(shí)代中，模型地震與實(shí)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(yīng)注意地層差異，并通過研究地震的地質(zhì)背景來判斷發(fā)震斷裂，使得該項(xiàng)技術(shù)可以廣泛應(yīng)用在地震救援中，進(jìn)而為地震活動分析做好相應(yīng)的鋪墊。

2 地球物理技術(shù)在熔巖勘察中的應(yīng)用

電磁波CT技術(shù)使工程勘察中的一種常見應(yīng)用方式，在勘察中有著自身明顯的優(yōu)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(qū)道路的拓寬改造中，部分路基下伏基巖巖溶出現(xiàn)發(fā)育情況，因此在前期進(jìn)行了大量的鉆孔勘探，并介質(zhì)鉆孔采用了電磁波CT技術(shù)對注漿前后區(qū)域進(jìn)行了相應(yīng)的探測工作，并對勘探過程中遇到的相應(yīng)問題進(jìn)行了詳細(xì)的處理，查明了勘探過程中出現(xiàn)注漿溶洞的大小及形狀，并利用電磁波CT技術(shù)了解到了溶洞的分布情況。電磁波CT技術(shù)可以有效提取出該路段路基下伏基巖的詳細(xì)數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)分析說明了注漿后視吸收系數(shù)整體低于注漿前。該工程應(yīng)用電磁波CT技術(shù)表明在巖溶勘察和注漿方面應(yīng)用電磁波CT技術(shù)有著良好的表現(xiàn)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(zhì)災(zāi)害，在某建筑場地工程中由于受到巖溶分問題的影響，導(dǎo)致巖溶坍塌事件頻發(fā)，對工程整體建設(shè)帶來了嚴(yán)重的安全隱患。因此，該工程采用了TEM技術(shù)對建筑場地巖溶發(fā)育去進(jìn)行了詳細(xì)的探測，實(shí)踐證明，TEM技術(shù)應(yīng)用在建筑場地地質(zhì)勘察中可以有效查明建筑場地內(nèi)的巖溶分布情況，并且可以詳細(xì)了解到巖溶的分布范圍以及巖溶貴規(guī)模大小，因此在實(shí)際應(yīng)用中有著良好的效果。

3 地球物理技術(shù)在工程安全檢測中的應(yīng)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(jù)地球表面總面積的71%，在復(fù)雜的海洋環(huán)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(tài)問題，應(yīng)合理利用地球物理技術(shù)加以改善，如側(cè)掃聲吶探測技術(shù)對管道在役狀態(tài)以及管道去海底地形、地貌等特征展開調(diào)查工作，并結(jié)合了管道區(qū)水動力條件與海底性質(zhì)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(cè)掃聲吶圖像可以全面監(jiān)控海底管道的信息，且裸露部懸空部分出現(xiàn)問題可以及時(shí)進(jìn)行排查與補(bǔ)救[5]。在側(cè)掃聲吶的研究中表明，聲波的強(qiáng)度可以應(yīng)用在海底檢測中，且聲波表現(xiàn)較為明顯，反應(yīng)性也較強(qiáng)，當(dāng)海底沖刷時(shí)如側(cè)掃聲吶發(fā)出的聲波強(qiáng)度較弱，那么圖像中將會出現(xiàn)亮色區(qū)域，如側(cè)掃聲吶發(fā)出的聲波強(qiáng)度不斷增強(qiáng)是，那么海底局部沖刷的圖像將會出現(xiàn)暗色區(qū)域，如在實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)了坍塌凹坑時(shí)，聲波的強(qiáng)度會變得極其微弱，如程度較大那么聲波將不會出現(xiàn)，這時(shí)圖像上會呈現(xiàn)出上半部分深色區(qū)域下半部分為淺色區(qū)域，當(dāng)管道局部出現(xiàn)裸露懸空的情況時(shí)，聲波的強(qiáng)度將會突然增強(qiáng)，在圖像中會以黑色表示，因此，將側(cè)掃聲吶應(yīng)用在海洋工程安全檢測中可以有效避免海底管道出現(xiàn)問題，對出現(xiàn)的問題也可以及時(shí)補(bǔ)救，使海洋工程更加完善[7]。

某地區(qū)海域存在多種問題，如風(fēng)化槽、隱伏斷裂等不良地質(zhì)現(xiàn)象，因此為了探明該地區(qū)地鐵1.2.3線路跨海段工程地質(zhì)條件，選用了高精度水域地震反射法，并在CPD技術(shù)的疊加上分析了該段工程的影響因素，詳細(xì)規(guī)劃了地質(zhì)情況、地震因素等。應(yīng)用地球數(shù)據(jù)采集技術(shù)獲得了該地區(qū)地鐵通行路段的各種不良地質(zhì)情況，并針對該情況分析了時(shí)間剖面的不同異常特征，根據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況進(jìn)行了隱伏斷裂勘察，在勘察中取得了良好的應(yīng)用效果，保證了該地區(qū)地鐵在海中路段的安全有效運(yùn)行。

3.2 水庫堤壩安全檢測

在我國的工程建設(shè)中，水庫堤壩建設(shè)尤為重要，因此加強(qiáng)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(xiàn)了滲透現(xiàn)象將會嚴(yán)重影響水庫的安全，因此可以利用地球物理技術(shù)及時(shí)對水庫堤壩進(jìn)行安全檢測，并根據(jù)水庫堤壩的介質(zhì)電性差異采用現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)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(jìn)行了通道檢測，并針對工區(qū)進(jìn)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(yīng)。在對水庫堤壩的安全進(jìn)行檢測時(shí)，應(yīng)結(jié)合當(dāng)前水庫堤壩的數(shù)據(jù)采用科學(xué)合理化的技術(shù)手段，使數(shù)據(jù)的采集更為準(zhǔn)確，在數(shù)據(jù)采集時(shí)也應(yīng)結(jié)合水庫堤壩的電斷面來準(zhǔn)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(jīng)鉆孔驗(yàn)證查明了滲透通道形成的原因，并及時(shí)加以修復(fù)。

某水電站為雙曲拱壩水電站，在該水電站中拱壩的巖體結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，因此拱壩的抗洪穩(wěn)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(nèi)的深卸荷巖體在大壩長期的作用力下會形成一個(gè)滑動面，由于滑動面的存在使水壩的穩(wěn)定性受到了嚴(yán)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(xiàn)，對雙曲面拱壩進(jìn)行了詳細(xì)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(xiāng)綜合物探手段對雙曲壩壩肩進(jìn)行了劃分與圈定，同時(shí)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(wěn)定性研究打下了良好的基礎(chǔ)[9]。

3.3 地面塌陷探測

地面塌陷問題嚴(yán)重影響著我國的道路安全，在某地區(qū)的地鐵施工過程中，出現(xiàn)了圍樁倒塌與地面沉降的問題，因此，采用了地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)與高密度電法等探測手段，并結(jié)合了工程的基礎(chǔ)地質(zhì)條件，對當(dāng)前路面的地質(zhì)情況進(jìn)行了系統(tǒng)化分析，其結(jié)果為巖土界面下部的熔巖空腔發(fā)生垮塌是導(dǎo)致路面出現(xiàn)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(fā)熔巖空腔垮塌的主要原因，因此在該工程修復(fù)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(yán)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(dá)法對該高速公路進(jìn)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(yīng)用在地質(zhì)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(xì)了解了地下是否存在滑動面以及是否發(fā)生了側(cè)向滑動的問題。探地雷達(dá)法探測精度較高，且效率突出，但是無法進(jìn)行深入探測，因此探地雷達(dá)發(fā)更適合應(yīng)用在快速探測中，該高速公路應(yīng)用探地雷達(dá)法了解到了地下路基出現(xiàn)了脫空現(xiàn)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(yàn)證、補(bǔ)充可以有效監(jiān)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(fā)展趨勢，因此采用多種方式對路面進(jìn)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(jié)語

隨著我國當(dāng)前科技的不斷發(fā)展，環(huán)境與工程地球物理技術(shù)的應(yīng)用也逐漸完善。我國環(huán)境與工程檢測技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用十分重要，因此應(yīng)不斷完善動態(tài)檢測技術(shù)，使地球物理技術(shù)能夠切實(shí)發(fā)揮出實(shí)際作用。

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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(yīng)用地球物理。