如何提高工程物探教学质量与市场高效应用

杨双安 云美厚 李晓斌

摘 要：工程物探是地球物理勘探专业用于工程勘查中解决地质问题的主要技术手段，是目前工程地质勘探手段中性价比较高的方法。文中对工程物探的新方法、新技术划分类别模式，以及它们在工程及环境地质调查中的应用，强化新技术的融合模式及实践应用的高效性，以及多种专业方法融合解决多重地质属性的问题，有助于学生专业知识巩固及灵活应用于解决实际问题的能力，达到培养能满足企业或工程领域需求专业人才的目的。

关键词：工程物探 融合度 新方法

《工程物探》是地质工程、地质工程（卓越工程师）专业的专业选修课，通过本课程的教学，向学生传播用于工程勘查的一些独特物探方法的基础理论、方法技术、数据处理及资料解释方法以及在工程地质中的使用范围等，为学生后续专业课程学习以及今后从事工程物探工作打下坚实的基础。

在课程教学中首先明确工程物探方法的类别模式，不同方法理论区别以及工程实践教学关键技术，以提高学生对理论核心概念的理解及实践动手能力和专业知识灵活应用能力。

一、专业理论与方法类别划分模式

对于非物探专业的学生来说，学习一门高新技术、多手段的课程，首先，要把不同原理的技术手段类别分清楚，本课程涉及以地震勘探的弹性波理论和电法勘探的电磁场理论基础，其次，是同一理论基础不同方法的区别，有这样的思路学完才会条理清楚。[1]按理论及方法类别划为以下模式：

1.弹性波理论为基础的模式

①弹性差异引起的地震勘探模式：包括浅层反射法、浅层折射法、瑞雷波法和TSP隧道工程超前探;主要是解决岩性地层划分及地质异常体的探测。

②弹性波测试模式：包括声波法和地震波法。声波法可选用单孔声波、穿透声波、表面声波、声波反射、脉冲回波等;地震波法可选用地震测井、穿透地震波速测试、连续地震波速测试等;用于地基桩的检测，地层速度测定等。

2.电磁场理论基础的模式

①电磁理论感应低阻体的电法勘探模式：包括电测深法、电剖面法、高密度电法、自然电场法、充电法、激发极化法、可控源音频大地电磁测深法、瞬变电磁法等;主要用于探测低阻（高祖）地质异常体。

②高频电磁波反射的探地雷达（地质雷达）模式：可选择剖面法、宽角法、环形法、透射法、单孔法、多剖面法等;主要用于解决50米以浅的地质问题。

二、新技术融合传统模式

掌握传统方法的原理，加深理解新技术方法的特点。随着科学技术的进步，不断涌现出新的技术与方法融合了传统专业技术方法。比如：高密度电阻率法即为直流电阻率测深法和电祖率剖面法融合。

假如要完成一个勘探区低阻体的探测，采用直流电测深法，施工顺序是先依次进行测线上每个测点电测深工作，依据所有测点数据计算出每条测线的电剖面，工序简单重复、周期长、效率低。

如果采用高密度电阻率法，那就是集电阻率测深与电阻率剖面于一体来完成的，一条测线上的电极布设一次性完成，减少因电极布置反复移动而产生的故障和干扰误差;有程控开关控制电极装置的转换可进行有效的多种电极排列方式采集，可获得丰富的地电断面;野外数据采集自动化，避免手工操作出现的错误，可达到事半功倍的效果。[2]

由此可见，新技术方法的应用，不仅减少重复布极带来的误差，同时，大大提高了施工效率，降低了勘探成本。

三、多种专业方法融合解决多属性的地质问题

专业知识的学习关键在于学以致用，在解决具体实际工程地质问题时，会遇到有多重属性的问题，不是一种传统的方法能解决所有问题。而是采用不同的物探方法解决不同地质属性问题，比如隧道超前探，就是在隧道开采过程中，对前方未开采区域进行探测，既然是探测就是要探测未知区域两种地质属性，一是要查明前方未知区域的地质异常体或构造属性，二是需要预测地质异常体或构造的富水特征属性。针对这一问题要采用TSP隧道超前探和TEM瞬变电磁法：

基于地震波理论的TSP技术，是在掌子面后方侧壁上一定范围内布置一排爆破点，在爆破孔后远离掌子面方向布置两个三分量检波器。震源则会产生地震波信号，并在隧道周围的岩体中传播，当遇到岩层变化时，岩石强度会发生变化，一部分地震波信号将返回被检波器接收，最后通过TSP-Win软件处理之后可以得到隧道掌子面前方的地质概况、不良地质体的空间位置和纵横波速度的变化规律等，超前预报的距离长范围大，抗干扰能力強，对地质构造探测精准度高。[3]

瞬变电磁法简称TEM。是一种低频输入电磁场信号源，电磁能量交替传播，使它直接从场源延伸到地下。发射的一次场感应前方低阻地质异常体产生涡流，而在一次场断电后，二次场电流释放放出的交变电磁场被检测到，检测到的信号可以有效识别，并对含水体的赋存状态及位置识别度较高，但是比较容易受到周围环境的影响。

TSP与TEM两种方法各有优缺点，但二者可以互相补充、取长补短;其成果融合解释可达到预期的效果。

结语

工程物探应用越来越广泛，而且新的方法技术不断涌现，教学中遵循由简单到复杂、单一手段到多种方法融合都取得比较好的效果，培养学生掌握新技术、新方法的先进性、科学性，结合生产实际的地质问题，有多属性的现象可采用不同方法融合来完成切实有效。达到培养学生学以致用、学用结合，活学活用，融会贯通的教学目标。

参考文献

[1]云美厚，杨双安.大学生逃课现象分析及对策[J].中国地质教育，2016，25（03）：91-96.

[2]李晓斌，杨振威，冯磊，杨双安.地球科学大数据与人工智能技术专业建设探索[J].中国地质教育，2019，28（01）：28-31.

[3]云美厚.整合教学在“应用地球物理学”课程教学中的应用[J].煤炭高等教育，2013，31（02）：113-116.

[4]杨双安.基于“卓越计划”的煤田地震勘探教育模式[J].大学教育，2015（8）：146-147.

[5]张胜业，潘玉玲.应用地球物理学原理[M].北京：中国地质大学出版社，2004：57-68.

作者简介

杨双安（1965.12—），男，汉族，山西闻喜人，副教授（工学博士），主要从事应用地球物理教学与科研工作。