淺談工程物探新技術的應用與發展

張蘇營

（中國石油集團東方地球物理勘探有限責任公司遼河物探處2147地震隊，遼寧 盤錦124010）

1 工程物探技術簡介

地球物理勘探技術是發現油氣藏的“眼睛”，在油氣勘探開發中占有極其重要的地位。近年來，淺層油氣資源以及常規油氣資源的發現難度越來越大，推動全球油氣勘探向復雜地區及非常規油氣資源轉變，這對地球物理勘探技術的突破提出新的要求。上世紀90年代以來，我國油氣勘探重點逐步向油氣藏埋藏比較深、地質條件更加復雜的地區擴展。特別是近10年來，我國的油氣勘探對象日趨復雜，山地、丘陵、沙漠、戈壁、灘海等復雜地表所占比例逐年增加。以中石油為例，近些年復雜地表區年新增石油儲量占總數比例由50%提高到63%，天然氣的比例由75%提高到91%。

在我國工程物探主要開展的方法有：反射波法、折射波法、面波法、地震映象法、高密度電法、地質雷達、瞬變電磁法、工程CT（層析成象技術）、樁基無損檢測技術、地下管線探測技術、工程測井、聲波探測和常時微動測試等。目前我們使用較多的儀器有北京水電物探所生產SWS多波工程勘探儀；武漢巖海生產的樁基檢測儀，聲波儀，載荷儀；重慶地質儀器廠生產的地震儀高密度電法儀等，這些設備的性能已接近或達到國外儀器的水平，為物探技術的繼續發展鋪設了道路。

2 工程物探新技術

2.1 彈性波物探技術及其發展

彈性波方法是目前工程與環境物探技術的主體，包含地震波、聲波和超聲等方法。彈性波探測的理論基礎是彈性波的傳播規律，最基本的規律是反射、散射、折射定律。以地震波為手段的反射地震、折射地震、散射地震成像、地震面波等方法主要用于場地和線路的工程勘查；以聲波和超聲為手段的反射與透射、聲波散射成像、聲波CT、相控陣成像、超聲導波等技術主要用于工程檢測；地震CT和聲波CT主要用于工程病害診斷。TST隧道超前預報技術也是建立在地震散射理論基礎之上的，在云南、重慶、四川隧道超前預報與地震邊坡勘查中有很多成功的應用。

超聲導波是近年發展起來新的超聲檢測技術。該技術的研發主要起源于美國和英國，近幾年發展很快，漸近成熟，我國已開始引進。這些超聲波在結構中傳播遇到缺陷時形成反射與散射，通過接收不同模態的超聲波可檢測出不同部位的缺陷。

2.2 信標差分技術

在自主差分實現過程中, 往往存在著數據鏈不連續、GPS 基站定位受到衛星狀態影響致使差分數據誤差過大的問題, 從而導致動態定位的偏差過大。信標差分系統的基站采用能夠相互糾正定位誤差的雙套GPS定位系統, 克服了單套GPS 定位系統無法監控的問題, 避免了錯誤信息的產生。使作業成果更加連續與完美。

信標差分技術是在無線電指向標(Radio Beacon 簡稱RBN) 的基礎上發展起來的,無線電指向標的設置主要是發送用來導航信號引導船舶的。在此基礎上結合國情, 借鑒國際先進經驗, 創建了無線電指向標差分GPS定位系統, 即利用無線電指向標的強大的無線電傳送功能, 將GPS衛星定位系統與指向標系統結合在一起, 利用RBN/ DGPS臺在發射導航無線電碼的同時, 亦發射DGPS差分信號。

2.3 側掃聲納與雙頻測深技術

采用英國ULTRAELECTRONICS生產的雙頻高分辨率側掃聲納系統,聲源與采集器均固化在一個探頭內。該系統具有圖像校正、自動范圍適應增益控制,根據不同的操作條件,選擇適當脈沖長度優化聲納成像,對水底地形、建筑物及沉船等進行清晰、直觀的成像。在施工時,可將側掃聲納掃描拖曳探頭固定于船側,入水深度3.0m,采用船側懸掛工作方式,連續采集自動記錄。采用美國內層空間技術公司INNERSPACEINC.USA生產的449M型雙頻測深儀。施工時將雙頻測深的換能器固定于船側,連續走航測試,測試工作前后均要對測深儀器進行標定。

2.4 信標基站分布網絡

我國在沿海建立的信標差分系統基站,形成一個探入內陸、延伸入海的沿海岸線分布的信號覆蓋區域。中國也在沿海區域建立了一個龐大的信標DGPS網絡，遍及中國沿海的21個信標臺站都在實時地不間斷發布信標信號，為沿海地區提供全天候免費的信標DGPS服務。這樣，用戶只要擁有一臺DGPS數字信標接收機，就可以在約300～400 km 海域內和200～300 km 沿海陸地上接收DGPS信號，取得高精度的GPS實時差分定位結果。信標差分系統基站所發射的差分改正信號數據格式完全遵循國際通用標準, 任何用戶在擁有RBN信號接收設備后, 保證可以使用該數據鏈, 并能夠取得與自主差分相近的成果。

差分數據輸出協議: RTCM SC—104標準格式狀態數據輸入協議: NMEA 0183 標準格式在差分數據信號覆蓋區域內進行差分作業的任何用戶, 完全可以采用該信標基站發送的偽距修正數據來修正用戶自身定位的坐標值。

2.5 瞬變電磁方法

瞬變電磁方法原是金屬礦勘查的手段，現在也用于工程與環境勘查。瞬變電磁方法是一種電磁感應方法，其工作原理是通過供電線圈在地下產生磁場，中斷供電電流時磁場消失，在介質中誘發感生電流和磁場，從感生場的強度與到達地面的時間可獲知介質的電導率特征和埋藏深度。瞬變電磁方法用在壩體的滲漏勘查、邊坡含水區探測、隧道地質超前預報等工作中有很多較好應用實例。瞬變電磁探測的深度由幾十米到幾百米，太近的距離探測比較困難，也就是盲區比較大，探測的縱向和橫向方的空間分辨率較低。

3 工程物探技術的發展趨勢

目前國外高技術檢測設備發展很快，每年都有新儀器上市。如英國的電磁感應鋼軌檢測儀、美國的GEM-5電磁感應金屬探測器，美國、英國、法國的金屬超聲相控陣掃描儀，俄羅斯的混凝土超聲成像儀。美國和英國開發出幾種超聲導波檢測儀器,用于金屬板材、復合板材、壓力容器、金屬管道等檢測，其中英國的WTI公司的TELEST管道缺陷檢測儀已進入中國，開始實驗石油管道內外腐蝕缺陷檢測。這些設備的技術含量很高，以成像技術為特征，目前國內還沒有類似產品。

對于我國工程與環境物探來講最大的不足在于儀器設備生產這塊，方法與技術方面還算比較先進。現在的很多設備都要靠進口，國產的分辨率達不到要求，要是我國能用上的自產的設備，再加上其技術，相信工程與環境物探在中國會發展得更好。我國物探在工程方面用的還是比較多、比較廣，但在環境方面稍微有些差，要努力將我國的可持續發展與物探相結合。希望中國工程與環境物探前景更加美好。

結語

工程物探是無損檢測、間接探測。在工作中，我們要充分考慮到巖土體的不均勻性、不可視性、被測物體分布的復雜性以及測試資料的多解性。要本著從已知到未知的原則,用已知資料解釋未知資料，未知資料經驗證后成為新的已知,如此往復,積累經驗,不斷提高。只要我們物探工作者長期努力探索，實踐下去物探技術會在更多的領域占有一席之地。

[1]劉一天,馬蔭生,錢耀中.物探技術在大橋建設工程中的應用[J].上海地質,2006.

[2]王學天,羅傳根.工程物探在水域勘察中的應用[J].中國市政工程,2003.

[3]陳慶海,徐明才.抗干擾高分辨率淺層地震勘探[M].北京:地質出版社,1991.

[4]王振東.淺層地震勘探應用[M]·.北京:地質出版社.

[5]趙國祥,賈學天,陳哲.工程物探方法在淺海域地質調查中的應用[J].江蘇地質.