环境与工程地球物理技术研究及应用浅析

摘  要：随着我国经济的不断发展，科学技术也在飞速的发展。环境与工程地球物理物理技术是生态科学与地球物理学融汇贯通的一门应用型学科，在近年来备受关注。环境与工程地球物理理论以传统地震方法、电法、电磁法以及全新的雷达技术为出发点，结合我国当前多种先进的科学技术将地球物理技术应用在环境与工程领域中，并以实际应用解决我国当前的环境问题与工程地质问题，以促进我国的可持续发展。

关键词：环境与工程地球物理;地球物理技术;环境与工程;技术研究

中图分类号：P631      文献标识码：A     文章编号：1671-2064（2019）24-0000-00

0 引言

环境与工程地球物理物理技术是生态科学与地球物理学融汇贯通的一门应用型学科，虽然我国照比发达国家起步略晚，但随着我国近20年的不断发展，早已熟练的将地球物理技术应用在了各个领域中。在20世纪80年代，我国的相关学者就环境与工程地球物理技术提出了深层次的理论，并且在相关领域展开了积极探索，且取得了一定的成绩。在20世纪80年代末，我国的环境与工程地球物理学科出现了多种教材，多数高级院校都开设了相关课程，并且在步入社会岗位后都有着自身独特的优势。环境与工程地球物理技术应用领域十分广泛，但是在发展的过程中存在瓶颈。因此，本文对地球物理技术的创新发展提出了未来展望。

1 地球物理技术在地质灾害勘察中的应用

1.1 滑坡地质灾害勘察

滑坡具有破坏性强、危害程度大的特点，因此为避免出现滑坡的风险应加强滑坡地质灾害勘察，使滑坡地质灾害的危害程度降到最小化，减少因滑坡带来的损失[1]。滑坡地质灾害勘察十分重要，因此可以采用地球物理技术采用高精确度的并行店主率法对滑坡地质灾害进行数值模拟，同时在实地勘察中加以应用，通过实地勘察得出所需参数，并综合地质实际情况准确测量出滑动深度，以并行电阻率法对滑坡体潜在的动向进行勘测其结果较为可靠，且勘察效果良好，其勘察数值可以作为滑坡地质灾害稳定性的参考依据，并且可以为滑坡地质灾害的处理做好铺垫。

并行电阻在勘察过程中测点密度大，且抗干扰性较强，因此应用高密度电法可以使数据采集速度明显提升，在当前阶段已经被广泛应用在滑坡地质灾害的治理与勘察中[2]。应用并行电阻勘察滑坡地质灾害的过程中，可以通过将电测法与电抛面相结合的手段来完成横向纵向整体勘察，并形成列阵式勘察，减少勘察过程中盲点的出现，使地电信息的获取更为丰富。同时，利用高密度电法对滑坡地质灾害进行勘察可以使成果图更为精确，通过解译地电可以获取成果图中滑坡体的多方向分布情况，同时可以使滑坡体的形态特征以及断裂情况充分表现出来，使滑坡体空间与滑动面埋深表现的更为直观，因此应用高密度电法对滑坡地质灾害进行勘察可以充分发挥出实际应用效果，将滑坡地质灾害有效治理预防，为后期的滑坡地质灾害处理打下了良好的基础[3]。

1.2 其他地质灾害勘察

地球物理技术可以将空间形态充分结合，使其充分表现出出分型与分维理论的特点，并且可以结合空间变化以及空间形式使其拥有相似性，进而分析出地球物理场的空间分布，并通过科学技术化手段使其能够压制背景所带来的各种干扰，进而突出局部异常，并且可以借助分维数推算出空间内不规则形体的复杂程度，从而确保局部的随机性与整体的稳定性。地质灾害具有多期次的特征，且空间内相关性较强，满足多重分形理论，因此可以利用分形与分维理论进行相关数据分析[4]。将C-A多重分形模型应用在放射性地裂缝勘探数据分析中，可以使TEM每天采空区勘探的数据分析更为准确，并且实际应用C-A多重分形模型可以有效提高模型效率，使效果更佳明显。

将高密度电法应用在某黄土高填方工程勘察中起到了关键性作用，首先是应用高密度电法使地探测冲沟覆盖层厚度以及基岩面的走向和趋势更为准确，其次高密度电法在实际勘测时如果出现了地层电性差异较大的情况，也可以探测出高徒挖方边坡地层的分层情况，且高密度电法在实际应用的过程中，可以不断完善高填方场地应用的思路和方法。高密度电法可以广泛应用在填方体中出现的落水洞以及裂缝等不了地质现象中，且针对不同的地质情况可以调节深度以及范围，且得出的数据较为精准。

某岛屿作为某市的近陆岛屿，其地下水是该市居民的重要水源，但由于长期的不合理开采，该地区的近陆岛屿的地下水资源已经逐渐被海水所入侵，且海水深入问题日益加重，这样的问题对该区域居民的生活造成了严重的影响。因此相关人员针对该问题提出了具体方案，首先收集整理了该地区的相关开采资料，并采用了GMS软件中的MODFLOW与MT3D技术建立了该地区近陆岛屿的基础模型，并通过模型推算出了该岛屿的海水入侵数值，随后对该岛屿从2015年～2020年的海水入侵数值进行了相应的预测，在预测结果中表示，该岛屿地下水浅水层海水入侵范围最大可达1千米，中层水层局部地区也受到了海水入侵的影响。因此，该地区为防止海水入侵问题的进一步扩大，优化控制了地下水浅水层的开采量，并对中层地下水开采设定了详细的开采方案，防止了海水入侵問题的恶化，与此同时该地区采用了地球物理技术完善了地下水动态检测网，通过监测网详细监控地下水的实时状态，有效防止了海水入侵问题[5]。

1.3 地震活动趋势研究

利用地球物理技术分析当前地震发生时的烈度，可以通过构造同震烈度分析来完成地震烈度对比，且可以将此技术应用在地震救援中。但是在当前阶段，地震烈度分析精确度无法无法达到精确化标准，因此为了准确模拟出地震烈度情况，使数据精确度提高，可以采用强震记录获得地震衰减关系，并利用地震衰减关系分析得出地震烈度分布图，进而提高数据的精确度，使对比更加清晰。在当前时代中，模型地震与实际地震情况的差异在不断缩减，使得地震烈度圈逐渐理想化，但是仍应注意地层差异，并通过研究地震的地质背景来判断发震断裂，使得该项技术可以广泛应用在地震救援中，进而为地震活动分析做好相应的铺垫。

2 地球物理技术在熔岩勘察中的应用

电磁波CT技术使工程勘察中的一種常见应用方式，在勘察中有着自身明显的优势，其成效清晰、直观，能够清楚的反映出地下不同地址体的空间分布情况。在某地区道路的拓宽改造中，部分路基下伏基岩岩溶出现发育情况，因此在前期进行了大量的钻孔勘探，并介质钻孔采用了电磁波CT技术对注浆前后区域进行了相应的探测工作，并对勘探过程中遇到的相应问题进行了详细的处理，查明了勘探过程中出现注浆溶洞的大小及形状，并利用电磁波CT技术了解到了溶洞的分布情况。电磁波CT技术可以有效提取出该路段路基下伏基岩的详细数据，利用数据分析说明了注浆后视吸收系数整体低于注浆前。该工程应用电磁波CT技术表明在岩溶勘察和注浆方面应用电磁波CT技术有着良好的表现效果，是岩溶勘察的有效物探手段[6]。

岩溶坍塌是建筑场地中常见的地质灾害，在某建筑场地工程中由于受到岩溶分问题的影响，导致岩溶坍塌事件频发，对工程整体建设带来了严重的安全隐患。因此，该工程采用了TEM技术对建筑场地岩溶发育去进行了详细的探测，实践证明，TEM技术应用在建筑场地地质勘察中可以有效查明建筑场地内的岩溶分布情况，并且可以详细了解到岩溶的分布范围以及岩溶贵规模大小，因此在实际应用中有着良好的效果。

3 地球物理技术在工程安全检测中的应用

3.1 海洋工程安全检测

地球上海洋总面积为3.6亿平方公里，占据地球表面总面积的71%，在复杂的海洋环境中，海底土层的冲刷和海底管道局部悬空是影响海洋管道安全的重要因素之一，针对某海域的地底管道安全状态问题，应合理利用地球物理技术加以改善，如侧扫声呐探测技术对管道在役状态以及管道去海底地形、地貌等特征展开调查工作，并结合了管道区水动力条件与海底性质分析了海底的冲刷程度，并且分析了局部冲刷以及塌陷问题，利用侧扫声呐图像可以全面监控海底管道的信息，且裸露部悬空部分出现问题可以及时进行排查与补救[5]。在侧扫声呐的研究中表明，声波的强度可以应用在海底检测中，且声波表现较为明显，反应性也较强，当海底冲刷时如侧扫声呐发出的声波强度较弱，那么图像中将会出现亮色区域，如侧扫声呐发出的声波强度不断增强是，那么海底局部冲刷的图像将会出现暗色区域，如在实际应用中出现了坍塌凹坑时，声波的强度会变得极其微弱，如程度较大那么声波将不会出现，这时图像上会呈现出上半部分深色区域下半部分为浅色区域，当管道局部出现裸露悬空的情况时，声波的强度将会突然增强，在图像中会以黑色表示，因此，将侧扫声呐应用在海洋工程安全检测中可以有效避免海底管道出现问题，对出现的问题也可以及时补救，使海洋工程更加完善[7]。

某地区海域存在多种问题，如风化槽、隐伏断裂等不良地质现象，因此为了探明该地区地铁1.2.3线路跨海段工程地质条件，选用了高精度水域地震反射法，并在CPD技术的叠加上分析了该段工程的影响因素，详细规划了地质情况、地震因素等。应用地球数据采集技术获得了该地区地铁通行路段的各种不良地质情况，并针对该情况分析了时间剖面的不同异常特征，根据实际地质情况进行了隐伏断裂勘察，在勘察中取得了良好的应用效果，保证了该地区地铁在海中路段的安全有效运行。

3.2 水库堤坝安全检测

在我国的工程建设中，水库堤坝建设尤为重要，因此加强水库堤坝的安全检测是必要的[8]。水库蓄水过程中如果出现了渗透现象将会严重影响水库的安全，因此可以利用地球物理技术及时对水库堤坝进行安全检测，并根据水库堤坝的介质电性差异采用现代化科学技术加以完善，在某水库堤坝中，采用了高密度电阻率法对水库的南堤进行了通道检测，并针对工区进行了特殊检测，通过改善了电极接触地条件选择了合适的电极排列方式，并以此方法降低了沥青混凝土的高阻屏蔽效应。在对水库堤坝的安全进行检测时，应结合当前水库堤坝的数据采用科学合理化的技术手段，使数据的采集更为准确，在数据采集时也应结合水库堤坝的电断面来准确的推算出渗漏通道的具体位置，该水库堤坝在检测过程中经钻孔验证查明了渗透通道形成的原因，并及时加以修复。

某水电站为双曲拱坝水电站，在该水电站中拱坝的岩体结构十分复杂，因此拱坝的抗洪稳定性成为了该水电站的重中之重。在该水电站中，位于拱坝坝肩50米以内的深卸荷岩体在大坝长期的作用力下会形成一个滑动面，由于滑动面的存在使水坝的稳定性受到了严重的威胁。因此，在该水利水电工程中，为了防止滑动面的出现，对双曲面拱坝进行了详细的划分，并针对深卸荷岩体圈定了空间展布，采用了地震波CT城乡综合物探手段对双曲坝坝肩进行了划分与圈定，同时采用了平硐声波综合了物探手段划分了深卸荷岩体，使空间展布效果更佳明显，也为该工程的稳定性研究打下了良好的基础[9]。

3.3 地面塌陷探测

地面塌陷问题严重影响着我国的道路安全，在某地区的地铁施工过程中，出现了围桩倒塌与地面沉降的问题，因此，采用了地质雷达技术与高密度电法等探测手段，并结合了工程的基础地质条件，对当前路面的地质情况进行了系统化分析，其结果为岩土界面下部的熔岩空腔发生垮塌是导致路面出现围桩倒塌与地面沉降问题的主要原因，在岩土界面上部的红黏土滑动是引发熔岩空腔垮塌的主要原因，因此在该工程修复中采用了高压旋喷桩加固工艺使红黏土不再滑动，使得路面问题得到了有效解决[10]。

地面沉降变形会造成严重的交通事故，因此在某高速公路中，针对地面沉降问题采用了地震映像法与探地雷达法对该高速公路进行了无损伤检测。地震映像法虽然探测的更深，但是其速度较慢，因此地震映像法适合应用在地质横纵变化较大，且深度较深的情况中，该高速公路采用了地震映像法详细了解了地下是否存在滑动面以及是否发生了侧向滑动的问题。探地雷达法探测精度较高，且效率突出，但是无法进行深入探测，因此探地雷达发更适合应用在快速探测中，该高速公路应用探地雷达法了解到了地下路基出现了脱空现象，并且了解到了地下空洞以及多种隐蔽性问题的具体分布。采用多种方式相互验证、补充可以有效监测高速公路的沉降变形问题，并可以找出路面问题的成因以及发展趋势，因此采用多种方式对路面进行检测，可以针对路面问题采用针对性的措施对路面问题有效治理。

4 结语

随着我国当前科技的不断发展，环境与工程地球物理技术的应用也逐渐完善。我国环境与工程检测技术的实际应用十分重要，因此应不断完善动态检测技术，使地球物理技术能够切实发挥出实际作用。

参考文献

[1]地球物理与工程[J].石油物探，2019，58（02）：152. [T1]

[2]方熠，张慧，朱莹，王晓明.环境与工程地球物理技术研究及应用述评[J].安全与环境工程，2018，25（06）：8-18.

[3]地球物理与工程[J].石油物探，2018，57（01）：2.

[4]陈龙.地球物理技术在页岩气“工程甜点”预测中的应用[J].江汉石油职工大学学报，2018，31（03）：5-7.

[5]薛国强，底青云，程久龙.资源与环境地球物理的前沿问题综述[J].地球物理学进展，2017，32（04）：1838-1841.

[6]曹丹平，印兴耀，孙成禹，李振春.地下地球物理探测教学实验室建设与实践[J].中国地质教育，2015，24（03）：73-77.

[7]薛建，黄航，梁文婧.工程与环境地球物理创新型开放性实验设计[J].实验室研究与探索，2015，34（08）：186-189+201.

[8]薛国强，底青云，程久龙.资源与环境地球物理的前沿问题综述[J].地球物理学进展，2017，32（04）：1838-1841.

[9]曹丹平，印兴耀，孙成禹，李振春.地下地球物理探测教学实验室建设与实践[J].中国地质教育，2015，24（03）：73-77.

[10]陈亮.地球物理在环境与工程中的应用与发展[J].科技创新与应用，2012（02）：28.

收稿日期：2019-11-27

作者简介：喻佑顺（1966—），男，湖北武汉人，本科，高级工程师，研究方向：应用地球物理。