国内外工程物探技术现状对比

国内外工程物探技术现状对比摘要该文概括介绍了国内外地球物理勘探技术在工程方面应用的对比，主要是在电磁法方面的剖析以及仪器方面的一些相关内容。关键词工程物探；技术；对比工程物探——地球物理勘探的简称，它是以地下岩土层（或地质体）的物性差异为基础，通过仪器观测自然或人工物理场的变化，确定地下地质体的空间展布范围（大小、形状、埋深等）并可测定岩土体的物性参数，达到解决地质问题的一种物理勘探方法。按照勘探对象的不同，工程物探技术又分为三大分支，即石油工程物探、固体矿工程物探和水工环工程物探（简称工程工程物探），我们使用的为工程工程物探。工程工程物探技术方法门类众多，它们依据的原理和使用的仪器设备也各有不同，随着科学技术的进步，工程物探技术的发展日趋成熟，而且新的方法技术不断涌现，几年前还认为无法解决的问题，几年后由于某种新方法、新技术、新仪器的出现迎刃而解的实例是常见的。它是地质科学中一门新兴的、十分活跃、发展很快的学科，它又是工程勘察的重要方法之一，在某种程度上讲，它的应用与发展已成为衡量地质勘察现代化水平的重要标志。工程物探技术包括方法和仪器两方面。方法是物探工作的基础，包括探测的基本原理、观测方式、资料处理方法及解释原理。仪器是物探数据采集设备系统，包括发射、接收、模数转换、存储和处理等单元。在工程物探技术的发展中方法起主导作用，在很大程度上物探方法带动仪器的发展。在这里从方法和仪器两个方面，回顾一下国内外工程物探技术的发展现状。下面主要从电磁法方面分析一下中外对比情况。1工程物探中的电磁方法现状电磁方法在工程勘查、工程检测及病害诊断中有独到的作用，是地震与声波方法无法代替的，它对岩土介质的含水状态特别敏感，对寻找岩溶、断裂构造十分有效。电磁方法包含的种类很多，因工程中勘测深度不大，要求的分辨率较高，一般仅下列几种方法常用，有高密度电法、瞬变电磁、地质雷达等三种。1.1高密度电法高密度法是工程勘查中最常用的勘探方法，它是建立在静电场理论基础上的测量方法。基本工作原理是供电电极在半空间内产成电场，电场的分布与供电极的位置和介质的电性分布有关，通过测量表面电压，推定地下视电阻率分布，解释地下介质的构造特征。该方法一般情况下用于场地和线路勘查，探测深度在100m左右，不超过200m。但近年来通过改用高压供电和多点供电方式，一个排列的电极数目可超过250个，勘探深度可超过400m，可分辨宽度5m左右的断层，性能大大提高。在隧道地质超前预报中，用于寻找含水断层、岩溶等高导体构造的位置，取得很好效果。在云南、重庆、贵州、宁夏、新疆的铁路与高速公路隧道超前预报的实例已超过100座，有效地指导了隧道安全施工。1.2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。因为工作原理是电磁感应，所以探测的纵向和横向方的空间分辨率较低。1.3地质雷达方法地质雷达是目前工程中唯一的电磁波探测方法，它是分辨率最高的电磁方法。它的工作原理是向物体发射高频电磁脉冲（40MHz-2GHz），并接收其内部界面的反射，通过分析反射波的幅值、极性与走时，可确定物体内部的界面与结构性质。地质雷达早期的工作更多的是用于工程勘查，但目前主要是用于工程质量检测。地质雷达操作简便，图像直观，分辨率高，在建设场地与线路的浅层地质结构勘查、管线探测、隧道衬砌与混凝土结构质量检测、与含水性超前预报中发挥着重要作用。地质雷达探测的距离较短，100Hz天探测20-30m，900Hz天线探测1m左右，这是探地雷达的主要技术缺陷。2工程物探仪器的国内外现状总结近年来国内使用的工程物探仪器的大部分是国产的。工程地震仪、高密度电法和声波仪等这类仪器基本已经国产化，能满足几百米深度的工程勘察的需求。如骄鹏公司生产的地震仪和电法仪性能基本能满足要求，国内每年需求量几十套。高密度电法的勘探性能已优于国外同类仪器。国内各类声波检测仪器近年发展很快，质量在不断提高，生产厂家近十个，有代表性的如岩海公司、康科瑞、智博联等，产品包括小应变测桩仪、双道声波仪、锚杆检测仪等，国内仪器的特点是生产规模较小，性能单一，一般多为2道，技术含量不高，基本是模仿国外十年以前的技术，但性能基本能满足工程需要。瞬变电磁仪国内试验生产的厂家有4-5个，但是性能多不理想，没有形成市场化。技术上的主要问题是发射电流变化率小，灵敏度低，关断时间长，浅部效果不好，发射与接收线圈互感大，对浅部电阻率影响较大。国外的瞬变电磁仪器主要是面向找矿,性能指标不适合工程需要.工程检测使用的地质雷达目前基本上全部依靠进口，我国每年进口雷达数目近百台。国外专业雷达生产厂家有8家，其中美国的GSSI，瑞典的MALA，意大利的RIDS三家在中国的客户最多。国内青岛电波所多年来也致力于开发地质雷达，生产的LTD3已开始装备部队,并开发出生命探测雷达。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。参考文献[1]马在田.三维地震勘探方法.北京,石油工业出版社,1989.[2]AR布朗.三维地震资料解释.北京,石油工业出版社,1996.[3]郭俊义.地球物理学基础.测绘出版社,2001.[4]张爱敏.采区高分辨率三维地震勘探[M].徐州:中国矿业大学出版社,1997.[5]陆基孟.地震勘探原理[M].东营:石油大学出版社,1993.[6]王振东.浅层地震勘探应用技术[M].北京:地质出版社,1988.[7]熊章强,方根显.浅层地震勘探[M].北京:地震出版社,2002.