廣東河源地球物理綜合實(shí)習(xí)的實(shí)踐與思考

成谷

[摘 要] 地球物理綜合實(shí)習(xí)是地球物理相關(guān)專業(yè)本科教學(xué)計(jì)劃的重要組成部分。文章著眼于在廣東省河源地區(qū)進(jìn)行的地震、電法、磁法的地球物理綜合實(shí)習(xí)，就物探測區(qū)和測線位置選址的重要性、物探結(jié)果分析與地質(zhì)信息結(jié)合的意義、多種物探方法有效綜合分析的必要性和及時進(jìn)行團(tuán)隊(duì)分析討論的重要性等問題進(jìn)行了探討及實(shí)踐。實(shí)踐表明，上述措施可有效提高學(xué)生的實(shí)習(xí)效果。

[關(guān)鍵詞] 地球物理綜合實(shí)習(xí);教學(xué)改革;實(shí)踐教學(xué)

[作者簡介] 成 谷（1975—），女，黑龍江哈爾濱人，博士，中山大學(xué)副教授，研究方向?yàn)榈厍蛭锢韺W(xué)。

[中圖分類號] P631 ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A ? ?[文章編號] 1674-9324（2020）39-0286-02 ? ?[收稿日期] 2019-12-08

一、引言

地球物理綜合實(shí)習(xí)是地質(zhì)學(xué)專業(yè)本科教學(xué)計(jì)劃的重要組成部分。目的是讓學(xué)生在完成地球物理學(xué)知識理論課程及地球物理實(shí)測數(shù)據(jù)采集、處理和解譯實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)上，通過在廣東省河源地區(qū)進(jìn)行的地球物理綜合實(shí)習(xí)，將地震、電法、磁法等多種地球物理方法測量的數(shù)據(jù)結(jié)合起來，多角度、多方位綜合解譯地下的地質(zhì)結(jié)構(gòu)。通過綜合實(shí)習(xí)的實(shí)踐過程，夯實(shí)學(xué)生的理論基礎(chǔ)，啟發(fā)學(xué)生針對實(shí)際問題中遇到的困難主動思考，培養(yǎng)學(xué)生利用理論知識解決實(shí)際地質(zhì)問題的能力。綜合實(shí)習(xí)使用的物探設(shè)備有高密度電法儀、淺層地震儀、探地雷達(dá)、大地電磁儀、質(zhì)子磁力儀、短周期地震儀等。其中短周期地震儀可用于確定天然地震或人工誘發(fā)地震（如水庫地震）的震源等信息。高密度電法儀、淺層地震儀、探地雷達(dá)、大地電磁儀、質(zhì)子磁力儀等可對地下的彈性參數(shù)、電性參數(shù)、磁性參數(shù)進(jìn)行測量。各種地球物理方法探測的參數(shù)不同、探測的深度不同，如何綜合解譯各種地球物理方法，并將其應(yīng)用于解決具體而實(shí)際的地質(zhì)問題，值得實(shí)踐和思考。

二、廣東河源地球物理綜合實(shí)習(xí)的實(shí)踐與思考

1.物探測區(qū)和測線選址的重要性。物探測線的選址一定要和地區(qū)的地質(zhì)情況緊密結(jié)合，優(yōu)選地下可能切實(shí)存在斷層、溶洞、背斜或向斜等明顯地質(zhì)構(gòu)造的地表測線，并和區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造背景相結(jié)合，盡量做到選取的測線能夠驗(yàn)證或補(bǔ)充測區(qū)地質(zhì)構(gòu)造背景。為此，實(shí)習(xí)組教師多次、多區(qū)域?qū)嵉卣{(diào)研并詳細(xì)對比分析，最終將地球物理綜合實(shí)習(xí)選址在廣東省河源市。河源市位于廣東省東北部，區(qū)內(nèi)有河源-邵武斷裂帶和新豐江水庫。河源—邵武斷裂帶位于東南沿海地震帶的西部，北北東走向，地震活動沿該斷裂走向活躍。該區(qū)地?zé)豳Y源豐富，且其分布與花崗巖侵入體及河源斷裂帶的展布密切相關(guān)，可考慮利用淺層地震儀、高密度電法等儀器探測斷層的存在位置和走向等信息。新豐江水庫曾發(fā)生最大為6.1級的誘發(fā)地震，是世界上僅有的四個誘發(fā)超過6級地震的水庫之一，可考慮利用短周期地震儀探測其水庫誘發(fā)地震的頻度和幅度。所選的其中一條測線緊鄰斷層破碎帶，破碎帶的一側(cè)即為水庫。破碎帶內(nèi)巖石孔隙為水充填，在電學(xué)性質(zhì)上呈現(xiàn)低阻特征，是進(jìn)行地球物理電法勘探的絕佳地點(diǎn)。

2.物探結(jié)果分析時一定要與地質(zhì)信息結(jié)合。所有的物探方法都存在多解性。因此在對物探方法的測量結(jié)果進(jìn)行分析解譯時一定要考慮測區(qū)的背景地質(zhì)信息，以此作為約束降低物探結(jié)果的多解性[1]。廣東省河源市地球物理綜合實(shí)習(xí)選取的一條測線，在其旁側(cè)有非常明顯的斷層破碎帶，實(shí)習(xí)過程中利用高密度電法在斷層破碎帶位置測到了非常明顯的低阻異?！，F(xiàn)場教學(xué)過程中，對學(xué)生發(fā)出如下提問：斷層破碎帶因相對疏松孔隙較大，當(dāng)孔隙為水充填或空氣充填時對應(yīng)的視電阻率值應(yīng)為高值還是低值，并分析為何在該測線斷層破碎帶位置對應(yīng)低電阻率異常。學(xué)生結(jié)合地質(zhì)信息分析發(fā)現(xiàn)，該斷層破碎帶緊鄰新豐江水庫，斷層破碎帶中的孔隙主要為水充填，因而呈現(xiàn)低電阻率異常。如換到其它位置測量，斷層破碎帶完全有可能因孔隙為空氣充填而呈現(xiàn)高電阻率異常值。另外，要求學(xué)生從斷層破碎帶及兩側(cè)巖石處敲取巖石標(biāo)本，后續(xù)在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)測量其電性參數(shù)，其數(shù)值可與高密度電法的解譯結(jié)果相對比和驗(yàn)證。在利用地震方法進(jìn)行探測時，由折射波法解譯分析給出了界面位置，由面波法解譯分析給出了地下的分層結(jié)果。啟發(fā)學(xué)生思考：對其進(jìn)行地質(zhì)解釋時該界面應(yīng)對應(yīng)怎樣的地層分界。在該測線附近恰有一條地表裸露的探槽，從探槽中可清晰見到層界面的厚度及巖性，再結(jié)合收集的測區(qū)地質(zhì)信息及采集的巖石樣本，即可得出相對合理、準(zhǔn)確的地質(zhì)結(jié)果。

3.多種物探方法的有效綜合對比。不同的物探方法測量的是地下不同的物性參數(shù)，而物性參數(shù)界面與地質(zhì)界面不一定對應(yīng)[2]。這給多種物探方法的綜合對比增加了難度。要將多種物探方法有效地結(jié)合起來，給出最合理的地質(zhì)解譯結(jié)果，除了需要學(xué)生對不同物探方法的基本原理有非常扎實(shí)地掌握之外，還需對研究區(qū)的地質(zhì)情況和巖石的物性參數(shù)有基本的了解。地震反射波法、地震折射波法和地震面波法同為地震方法，在綜合對比時，可收集測區(qū)巖石樣品的泊松比參數(shù)信息，對照不同泊松比參數(shù)時縱波和橫波速度的比值系數(shù)，驗(yàn)證折射波解譯的縱波速度參數(shù)和面波法解譯的橫波速度參數(shù)表征的界面位置的一致性。另外，比較反射波解譯的分層信息和折射波解譯的分層信息，結(jié)合面波分層結(jié)果還可判斷折射波是否有漏層現(xiàn)象。高密度電法、瞬變電磁法、探地雷達(dá)法和大地電磁法同為電法方法，在綜合對比分析時，除要考慮測區(qū)條件是否符合每種方法的適用條件進(jìn)而判定該種方法解譯結(jié)果的可信度外，還要將不同方法的分層結(jié)果和物性參數(shù)結(jié)果綜合分析。如探地雷達(dá)法給出的主要是地下介質(zhì)的垂向?qū)咏缑嫖恢眯畔⒑蜋M向物性突變位置信息，盡管該分層主要依據(jù)介電常數(shù)的差異，但亦可以與其它電法得出的電阻率參數(shù)（數(shù)值）信息結(jié)合，輔助其進(jìn)行地電斷面的劃分。不同的物探方法解譯地下介質(zhì)的深度也不同，雖說不同的方法實(shí)現(xiàn)了對測區(qū)巖層由淺到深的覆蓋，但深、淺不同的物性參數(shù)在綜合分析時亦存在難度。在綜合對比時，應(yīng)先收集測區(qū)的巖石分類及物性參數(shù)信息，對由淺入深的巖石種類及其對應(yīng)的電性、磁性和彈性特征有基本的了解，從而在與物探解譯結(jié)果對比時才能做到心中有數(shù)、有的放矢。

4.及時進(jìn)行團(tuán)隊(duì)分析討論的重要性。野外實(shí)習(xí)的工作相對比較密集，實(shí)習(xí)時分為兩組，每組每天針對不同的測線進(jìn)行不同的方法實(shí)驗(yàn)，之后進(jìn)行輪換。若野外施工操作結(jié)束后對學(xué)生放任自流，則無疑不利于學(xué)生學(xué)習(xí)效果的鞏固，因此實(shí)習(xí)團(tuán)隊(duì)教研組高度重視及時的團(tuán)隊(duì)分析討論。在每天收工后及時組織學(xué)生對當(dāng)天的數(shù)據(jù)采集和處理結(jié)果進(jìn)行整理，以組會的形式進(jìn)行匯報(bào)，帶隊(duì)老師和學(xué)生對處理結(jié)果提出質(zhì)疑、建議和整改意見，每組學(xué)生對另一組學(xué)生給出經(jīng)驗(yàn)之談。針對每天的解譯結(jié)果對實(shí)習(xí)方案進(jìn)行實(shí)時調(diào)整。如在高密度電法實(shí)驗(yàn)中，緊鄰斷層破碎帶的一組實(shí)驗(yàn)中測到了明顯的低阻斷層破碎帶，破碎帶兩側(cè)巖石的電學(xué)參數(shù)也有明顯的差異，該測線的高密度電法測量結(jié)果使學(xué)生備受鼓舞，但單從一條測線上難以界定斷層的延伸方向和傾向，故另一組學(xué)生從區(qū)域地質(zhì)背景出發(fā)主動分析斷層的可能展布方向，自告奮勇地要求在離破碎帶位置較遠(yuǎn)的地方進(jìn)行另一條高密度電法測線的補(bǔ)充測量，以期得到更有價值的地質(zhì)結(jié)果。同時，一組學(xué)生在施工時所犯的錯誤、走的彎路及時通傳給其他組同學(xué)，也可起到警示作用，節(jié)約野外施工工期、提高施工效率和質(zhì)量。

三、結(jié)論

本文著眼于在廣東省河源地區(qū)進(jìn)行的地球物理綜合實(shí)習(xí)，在實(shí)習(xí)前期注重物探測區(qū)和測線位置選址的重要性，在實(shí)習(xí)過程中注重及時進(jìn)行團(tuán)隊(duì)分析討論，在對實(shí)習(xí)結(jié)果解譯過程中，注重物探結(jié)果分析與地質(zhì)信息的結(jié)合和多種物探方法的有效綜合分析。實(shí)踐表明，以上舉措可有效提高學(xué)生的實(shí)習(xí)效果，幫助學(xué)生將地震、電法、磁法等多種地球物理方法測量的數(shù)據(jù)結(jié)合起來，多角度、多方位地綜合解譯地下的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，并能夠針對實(shí)際問題中遇到的困難主動思考，培養(yǎng)利用理論知識解決實(shí)際地質(zhì)問題的能力。

參考文獻(xiàn)

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

[2]雷宛.工程與環(huán)境物探教程[M].地質(zhì)出版社，2006.