浅谈工程物探新技术的应用与发展

张苏营

（中国石油集团东方地球物理勘探有限责任公司辽河物探处2147地震队，辽宁 盘锦124010）

1 工程物探技术简介

地球物理勘探技术是发现油气藏的“眼睛”，在油气勘探开发中占有极其重要的地位。近年来，浅层油气资源以及常规油气资源的发现难度越来越大，推动全球油气勘探向复杂地区及非常规油气资源转变，这对地球物理勘探技术的突破提出新的要求。上世纪90年代以来，我国油气勘探重点逐步向油气藏埋藏比较深、地质条件更加复杂的地区扩展。特别是近10年来，我国的油气勘探对象日趋复杂，山地、丘陵、沙漠、戈壁、滩海等复杂地表所占比例逐年增加。以中石油为例，近些年复杂地表区年新增石油储量占总数比例由50%提高到63%，天然气的比例由75%提高到91%。

在我国工程物探主要开展的方法有：反射波法、折射波法、面波法、地震映象法、高密度电法、地质雷达、瞬变电磁法、工程CT（层析成象技术）、桩基无损检测技术、地下管线探测技术、工程测井、声波探测和常时微动测试等。目前我们使用较多的仪器有北京水电物探所生产SWS多波工程勘探仪；武汉岩海生产的桩基检测仪，声波仪，载荷仪；重庆地质仪器厂生产的地震仪高密度电法仪等，这些设备的性能已接近或达到国外仪器的水平，为物探技术的继续发展铺设了道路。

2 工程物探新技术

2.1 弹性波物探技术及其发展

弹性波方法是目前工程与环境物探技术的主体，包含地震波、声波和超声等方法。弹性波探测的理论基础是弹性波的传播规律，最基本的规律是反射、散射、折射定律。以地震波为手段的反射地震、折射地震、散射地震成像、地震面波等方法主要用于场地和线路的工程勘查；以声波和超声为手段的反射与透射、声波散射成像、声波CT、相控阵成像、超声导波等技术主要用于工程检测；地震CT和声波CT主要用于工程病害诊断。TST隧道超前预报技术也是建立在地震散射理论基础之上的，在云南、重庆、四川隧道超前预报与地震边坡勘查中有很多成功的应用。

超声导波是近年发展起来新的超声检测技术。该技术的研发主要起源于美国和英国，近几年发展很快，渐近成熟，我国已开始引进。这些超声波在结构中传播遇到缺陷时形成反射与散射，通过接收不同模态的超声波可检测出不同部位的缺陷。

2.2 信标差分技术

在自主差分实现过程中, 往往存在着数据链不连续、GPS 基站定位受到卫星状态影响致使差分数据误差过大的问题, 从而导致动态定位的偏差过大。信标差分系统的基站采用能够相互纠正定位误差的双套GPS定位系统, 克服了单套GPS 定位系统无法监控的问题, 避免了错误信息的产生。使作业成果更加连续与完美。

信标差分技术是在无线电指向标(Radio Beacon 简称RBN) 的基础上发展起来的,无线电指向标的设置主要是发送用来导航信号引导船舶的。在此基础上结合国情, 借鉴国际先进经验, 创建了无线电指向标差分GPS定位系统, 即利用无线电指向标的强大的无线电传送功能, 将GPS卫星定位系统与指向标系统结合在一起, 利用RBN/ DGPS台在发射导航无线电码的同时, 亦发射DGPS差分信号。

2.3 侧扫声纳与双频测深技术

采用英国ULTRAELECTRONICS生产的双频高分辨率侧扫声纳系统,声源与采集器均固化在一个探头内。该系统具有图像校正、自动范围适应增益控制,根据不同的操作条件,选择适当脉冲长度优化声纳成像,对水底地形、建筑物及沉船等进行清晰、直观的成像。在施工时,可将侧扫声纳扫描拖曳探头固定于船侧,入水深度3.0m,采用船侧悬挂工作方式,连续采集自动记录。采用美国内层空间技术公司INNERSPACEINC.USA生产的449M型双频测深仪。施工时将双频测深的换能器固定于船侧,连续走航测试,测试工作前后均要对测深仪器进行标定。

2.4 信标基站分布网络

我国在沿海建立的信标差分系统基站,形成一个探入内陆、延伸入海的沿海岸线分布的信号覆盖区域。中国也在沿海区域建立了一个庞大的信标DGPS网络，遍及中国沿海的21个信标台站都在实时地不间断发布信标信号，为沿海地区提供全天候免费的信标DGPS服务。这样，用户只要拥有一台DGPS数字信标接收机，就可以在约300～400 km 海域内和200～300 km 沿海陆地上接收DGPS信号，取得高精度的GPS实时差分定位结果。信标差分系统基站所发射的差分改正信号数据格式完全遵循国际通用标准, 任何用户在拥有RBN信号接收设备后, 保证可以使用该数据链, 并能够取得与自主差分相近的成果。

差分数据输出协议: RTCM SC—104标准格式状态数据输入协议: NMEA 0183 标准格式在差分数据信号覆盖区域内进行差分作业的任何用户, 完全可以采用该信标基站发送的伪距修正数据来修正用户自身定位的坐标值。

2.5 瞬变电磁方法

瞬变电磁方法原是金属矿勘查的手段，现在也用于工程与环境勘查。瞬变电磁方法是一种电磁感应方法，其工作原理是通过供电线圈在地下产生磁场，中断供电电流时磁场消失，在介质中诱发感生电流和磁场，从感生场的强度与到达地面的时间可获知介质的电导率特征和埋藏深度。瞬变电磁方法用在坝体的渗漏勘查、边坡含水区探测、隧道地质超前预报等工作中有很多较好应用实例。瞬变电磁探测的深度由几十米到几百米，太近的距离探测比较困难，也就是盲区比较大，探测的纵向和横向方的空间分辨率较低。

3 工程物探技术的发展趋势

目前国外高技术检测设备发展很快，每年都有新仪器上市。如英国的电磁感应钢轨检测仪、美国的GEM-5电磁感应金属探测器，美国、英国、法国的金属超声相控阵扫描仪，俄罗斯的混凝土超声成像仪。美国和英国开发出几种超声导波检测仪器,用于金属板材、复合板材、压力容器、金属管道等检测，其中英国的WTI公司的TELEST管道缺陷检测仪已进入中国，开始实验石油管道内外腐蚀缺陷检测。这些设备的技术含量很高，以成像技术为特征，目前国内还没有类似产品。

对于我国工程与环境物探来讲最大的不足在于仪器设备生产这块，方法与技术方面还算比较先进。现在的很多设备都要靠进口，国产的分辨率达不到要求，要是我国能用上的自产的设备，再加上其技术，相信工程与环境物探在中国会发展得更好。我国物探在工程方面用的还是比较多、比较广，但在环境方面稍微有些差，要努力将我国的可持续发展与物探相结合。希望中国工程与环境物探前景更加美好。

结语

工程物探是无损检测、间接探测。在工作中，我们要充分考虑到岩土体的不均匀性、不可视性、被测物体分布的复杂性以及测试资料的多解性。要本着从已知到未知的原则,用已知资料解释未知资料，未知资料经验证后成为新的已知,如此往复,积累经验,不断提高。只要我们物探工作者长期努力探索，实践下去物探技术会在更多的领域占有一席之地。

[1]刘一天,马荫生,钱耀中.物探技术在大桥建设工程中的应用[J].上海地质,2006.

[2]王学天,罗传根.工程物探在水域勘察中的应用[J].中国市政工程,2003.

[3]陈庆海,徐明才.抗干扰高分辨率浅层地震勘探[M].北京:地质出版社,1991.

[4]王振东.浅层地震勘探应用[M]·.北京:地质出版社.

[5]赵国祥,贾学天,陈哲.工程物探方法在浅海域地质调查中的应用[J].江苏地质.