工程地球物理方法技术研究现状综述.pdf

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1、第17卷第1期地球物理学进展Vol.17No.12002年3月（163~170）PROGRESSINGEOPHYSICSMarch2002工程地球物理方法技术研究现状综述朱德兵（中南大学，长沙，410083）［摘要］从工程地球物理的方法技术角度，结合相应的地球物理理论，综述了工程地球物理方法在各种工程领域的应用现状和发展，并具体讨论了各领域中存在的问题.［关键词］工程地球物理；地球物理理论；地球物理方法［中图分类号］P631［文献标识码］A［文章编号］1004-290（32002）01-0163-081工程地球物理方法和理论近

2、年来工程地球物理方法和理论不断发展，应用领域不断扩展［1~17］.工程地球物理以地表至地下100m左右的介质或异常体的结构、构造为目标，用高科技手段采集主动源或被动源激励条件下的物理响应信号，通过数字信号转换、数据处理和分析，从而了解和把握目标体的物理性质和状态；特殊情况下，目标为人文建筑、机械部件或其它设施.按工程地球物理的方法理论所利用的物性参数来划分，分为电法（包括电磁法）、重磁法、浅层地震勘探、声及超声波探测、放射性测量、温度测量、电视技术、核磁共振、测井和无损检测等十大类别［1—17］.工程地球物理是一门应用学科，以

3、理论模拟和物理实验模拟为理论研究的核心.目前有限元、边界元、解析计算和差分计算等是正演方法的主流，许多实际理论问题逐步解决.如由一维问题发展到二维乃至多维定解；由完全弹性条件假设至非完全弹性条件假设等.由于工程地球物理的最终目的在于反演，所以反演理论领域的发展［18—20］尤为突出，反演问题由线性化理论转向非线性化理论、模糊理论和联合反演等方向.!.!电法（包括电磁法）1.1.1电阻率法以DDC系列为代表的单次单点测量仪器以及相应的方法向数字化、微机自动化方向有了进一步发展.尽管具体工作方法和解释技术因地制宜，在实践领域取得了

4、较为广泛的应用［21—23］，由于在思路上没有突破，所以其前景不容乐观；以高效率、高速度、高精度、高一致性和高信息量为特征的高密度电法，因为其具有测深和剖面双重功能，所以在工程勘查中广泛应用，其解释和成图由计算机完成，需要经过视电阻率计算、地形改正处理、数值平滑处理、垂直或水平异常突出处理、视电阻率等级划分和断面图绘制等六大步骤［24］.通常认为该方法能反映出地下地层分布、地质构造以及其它地质情况.按一定相似性准则微型化的高密度电法还可以用于建筑、材料等结构体的无损检测.1.1.2激发极化法激发极化法可以分为时间域和频率域两类

5、.时间域激电法中，连续变脉宽发送激电方波与自动变周期测量二次场信号［25］成为工作方式的主流代表.采用“电场差分法”［26］技术测量，目的是为了同时获得激电信号的时间谱和伪测深数据———频率变化时对应的激电一次场及二次场数据，指导思想是获取更丰富的信息量.由于发送机、接收［收稿日期］2001-01-03；［修回日期］2001-06-20.［作者简介］朱德兵，男，1968年生，湖北仙桃人，中南大学（原中南工业大学）99级博士研究生，研究方向为工程地球物理理论、数据处理及方法.·2·地球物理学进展l7卷机在程控、自动化和高效系统建

6、立等环节受到时间域方法本身的限制，其发展和推广还有很长路要走.频率域方法进展较快；该方法包括变频激电法、双频激电法、奇次谐波法（复电阻率法）和频谱激电法等［27］.由中南大学研制的双频激电仪开创了一次供电测量获取多个参数的先河，该技术使得仪器系统优化、稳定性及测量精度等技术指标有了质的提高，与之相运而生的多道剖面同步测量技术可用于背景干扰严重和不规则的矿区或外围的物探工作.目前多频伪随机系列仪的研制可能进一步将频率域激化极化方法推向广泛应用.激发极化法广泛而且成功的应用是寻找金属矿床和地下水.［28］用于浅层探查的电磁探测方法

7、有三大类：探地雷达（GPR）、时间l.l.3电磁探测技术域电磁法（TEM）和频率域电磁法（FEM）.探地雷达被广泛地应用于电阻率较高地区的探测，并且有较高的分辨能力，可以探测cm级至几十米深度［29~36］，但是在电阻率小于30!的环境中，这种仪器的探测深度被限定在lm之内，如粘土覆盖区.为了克服探地雷达的局限，人们对时间域和频率域电磁法探测仪器的发射信号频率及信号波形等进行了改进，以弥补探地雷达的不足.总体来说，该领域的技术现状可描述为如下五个方面：l）电磁法正反演程序中全面考虑位移电流和传导电流的响应；2）多频收发技术、多

8、分量探测技术和综合解释方法有待发展；3）甚早期时间域测量方法、仪器的快速关断、高速采样（微秒级）等问题值得研究；4）在干扰多，综合影响因素复杂，或者说正演理论难以获得完备解析解的条件下，利用人工神经网络等非线性反演方法有着广泛的发展前景.还有其它电法包括充电法、自然电场法、甚