如何提高工程物探教學(xué)質(zhì)量與市場(chǎng)高效應(yīng)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(yè)用于工程勘查中解決地質(zhì)問題的主要技術(shù)手段，是目前工程地質(zhì)勘探手段中性價(jià)比較高的方法。文中對(duì)工程物探的新方法、新技術(shù)劃分類別模式，以及它們?cè)诠こ碳碍h(huán)境地質(zhì)調(diào)查中的應(yīng)用，強(qiáng)化新技術(shù)的融合模式及實(shí)踐應(yīng)用的高效性，以及多種專業(yè)方法融合解決多重地質(zhì)屬性的問題，有助于學(xué)生專業(yè)知識(shí)鞏固及靈活應(yīng)用于解決實(shí)際問題的能力，達(dá)到培養(yǎng)能滿足企業(yè)或工程領(lǐng)域需求專業(yè)人才的目的。

關(guān)鍵詞：工程物探 融合度 新方法

《工程物探》是地質(zhì)工程、地質(zhì)工程（卓越工程師）專業(yè)的專業(yè)選修課，通過本課程的教學(xué)，向?qū)W生傳播用于工程勘查的一些獨(dú)特物探方法的基礎(chǔ)理論、方法技術(shù)、數(shù)據(jù)處理及資料解釋方法以及在工程地質(zhì)中的使用范圍等，為學(xué)生后續(xù)專業(yè)課程學(xué)習(xí)以及今后從事工程物探工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

在課程教學(xué)中首先明確工程物探方法的類別模式，不同方法理論區(qū)別以及工程實(shí)踐教學(xué)關(guān)鍵技術(shù)，以提高學(xué)生對(duì)理論核心概念的理解及實(shí)踐動(dòng)手能力和專業(yè)知識(shí)靈活應(yīng)用能力。

一、專業(yè)理論與方法類別劃分模式

對(duì)于非物探專業(yè)的學(xué)生來說，學(xué)習(xí)一門高新技術(shù)、多手段的課程，首先，要把不同原理的技術(shù)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(chǎng)理論基礎(chǔ)，其次，是同一理論基礎(chǔ)不同方法的區(qū)別，有這樣的思路學(xué)完才會(huì)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(chǔ)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(zhì)異常體的探測(cè)。

②彈性波測(cè)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(cè)井、穿透地震波速測(cè)試、連續(xù)地震波速測(cè)試等;用于地基樁的檢測(cè)，地層速度測(cè)定等。

2.電磁場(chǎng)理論基礎(chǔ)的模式

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

②高頻電磁波反射的探地雷達(dá)（地質(zhì)雷達(dá)）模式：可選擇剖面法、寬角法、環(huán)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(zhì)問題。

二、新技術(shù)融合傳統(tǒng)模式

掌握傳統(tǒng)方法的原理，加深理解新技術(shù)方法的特點(diǎn)。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，不斷涌現(xiàn)出新的技術(shù)與方法融合了傳統(tǒng)專業(yè)技術(shù)方法。比如：高密度電阻率法即為直流電阻率測(cè)深法和電祖率剖面法融合。

假如要完成一個(gè)勘探區(qū)低阻體的探測(cè)，采用直流電測(cè)深法，施工順序是先依次進(jìn)行測(cè)線上每個(gè)測(cè)點(diǎn)電測(cè)深工作，依據(jù)所有測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)計(jì)算出每條測(cè)線的電剖面，工序簡(jiǎn)單重復(fù)、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(cè)深與電阻率剖面于一體來完成的，一條測(cè)線上的電極布設(shè)一次性完成，減少因電極布置反復(fù)移動(dòng)而產(chǎn)生的故障和干擾誤差;有程控開關(guān)控制電極裝置的轉(zhuǎn)換可進(jìn)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(shù)據(jù)采集自動(dòng)化，避免手工操作出現(xiàn)的錯(cuò)誤，可達(dá)到事半功倍的效果。[2]

由此可見，新技術(shù)方法的應(yīng)用，不僅減少重復(fù)布極帶來的誤差，同時(shí)，大大提高了施工效率，降低了勘探成本。

三、多種專業(yè)方法融合解決多屬性的地質(zhì)問題

專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)關(guān)鍵在于學(xué)以致用，在解決具體實(shí)際工程地質(zhì)問題時(shí)，會(huì)遇到有多重屬性的問題，不是一種傳統(tǒng)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(zhì)屬性問題，比如隧道超前探，就是在隧道開采過程中，對(duì)前方未開采區(qū)域進(jìn)行探測(cè)，既然是探測(cè)就是要探測(cè)未知區(qū)域兩種地質(zhì)屬性，一是要查明前方未知區(qū)域的地質(zhì)異常體或構(gòu)造屬性，二是需要預(yù)測(cè)地質(zhì)異常體或構(gòu)造的富水特征屬性。針對(duì)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(shù)，是在掌子面后方側(cè)壁上一定范圍內(nèi)布置一排爆破點(diǎn)，在爆破孔后遠(yuǎn)離掌子面方向布置兩個(gè)三分量檢波器。震源則會(huì)產(chǎn)生地震波信號(hào)，并在隧道周圍的巖體中傳播，當(dāng)遇到巖層變化時(shí)，巖石強(qiáng)度會(huì)發(fā)生變化，一部分地震波信號(hào)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(zhì)概況、不良地質(zhì)體的空間位置和縱橫波速度的變化規(guī)律等，超前預(yù)報(bào)的距離長范圍大，抗干擾能力強(qiáng)，對(duì)地質(zhì)構(gòu)造探測(cè)精準(zhǔn)度高。[3]

瞬變電磁法簡(jiǎn)稱TEM。是一種低頻輸入電磁場(chǎng)信號(hào)源，電磁能量交替?zhèn)鞑ィ顾苯訌膱?chǎng)源延伸到地下。發(fā)射的一次場(chǎng)感應(yīng)前方低阻地質(zhì)異常體產(chǎn)生渦流，而在一次場(chǎng)斷電后，二次場(chǎng)電流釋放放出的交變電磁場(chǎng)被檢測(cè)到，檢測(cè)到的信號(hào)可以有效識(shí)別，并對(duì)含水體的賦存狀態(tài)及位置識(shí)別度較高，但是比較容易受到周圍環(huán)境的影響。

TSP與TEM兩種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，但二者可以互相補(bǔ)充、取長補(bǔ)短;其成果融合解釋可達(dá)到預(yù)期的效果。

結(jié)語

工程物探應(yīng)用越來越廣泛，而且新的方法技術(shù)不斷涌現(xiàn)，教學(xué)中遵循由簡(jiǎn)單到復(fù)雜、單一手段到多種方法融合都取得比較好的效果，培養(yǎng)學(xué)生掌握新技術(shù)、新方法的先進(jìn)性、科學(xué)性，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際的地質(zhì)問題，有多屬性的現(xiàn)象可采用不同方法融合來完成切實(shí)有效。達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生學(xué)以致用、學(xué)用結(jié)合，活學(xué)活用，融會(huì)貫通的教學(xué)目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

[1]云美厚，楊雙安.大學(xué)生逃課現(xiàn)象分析及對(duì)策[J].中國地質(zhì)教育，2016，25（03）：91-96.

[2]李曉斌，楊振威，馮磊，楊雙安.地球科學(xué)大數(shù)據(jù)與人工智能技術(shù)專業(yè)建設(shè)探索[J].中國地質(zhì)教育，2019，28（01）：28-31.

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

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

[5]張勝業(yè)，潘玉玲.應(yīng)用地球物理學(xué)原理[M].北京：中國地質(zhì)大學(xué)出版社，2004：57-68.

作者簡(jiǎn)介

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