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中圖分類號:P336文獻標識碼: A
引 言
物探是地球物理勘探的簡稱,它是根據各種巖石之間的密度、磁性、電性、彈性、放射性等物理性質的差異,利用地球物理的原理,采用不同的物探儀器和物理方法,對工程區的地球物理場進行測量,以解決地質問題的一種物理勘探方法。 當地下單元含有地下水之后,它的含水量將與電導率、滲透率、地層孔隙度、礦化度等諸多因素相關。 此外放射異常、彈性波阻抗異常、磁異常等均可以運用在水文地質實際工作中去。 在實際中,水文地質工作可以采用很多種類的地球物理勘探方法。 本文將對其中幾種主要方法進行介紹,如高密度電阻率法、激發極化法、CSAMT、瞬變電磁法和地面核磁共振法等。
1 高密度電阻率法
巖石電阻率是由多種因素共同決定的。 這些因素包括含水量及水的礦化度、孔隙度、顆粒結構、礦物成分等。 在同一層巖石中有沒有含水,會在很大的限度上決定電阻率的數值。 運用電阻率物探方法進行水文地質勘查,其實就是通過測定含水層的電阻率在其空間的分布規律,探查和發現含水巖層的儲水條件、空間展布,最終進行水文地質勘查,這種方法是一種間接找水的方法。高密度電法實際上是電剖面法和電測深法相結合的產物。其基本原理與普通電阻率法相同, 通過 A、B 電極向地下供電流,然后在 M、N 極間測量電位差,從而可求得該點(M、N 之間)的視電阻率值。 高密度電阻率法原理如圖 1 所示。
圖1 高密度電阻率法原理圖
由于在觀實際測中布置了高密度的觀測點,所以高密度電阻率法是陣列思想應用于電阻率法的產物。 高密度電阻率法為地下水資源勘查提供了有效、快捷的工具。 它不但可以運用非含水地層和含水介質之間的電性差異,來直觀的獲取水循環條件、富水特性和含水層位置等方面的信息;還可以通過建立含鹽量與電阻率之間的轉換關系,從而實現含鹽量的動態原位監測。 除此之外,因為含水介質導電特性和導水性之間非常相似,高密度電阻率法便為水文地質參數的校正、確定提供了一種有效的手段。
2 激發極化法
激發極化法(或激電法)就是以巖、礦石激發極化效應的差異為基礎來解決地質問題的一類勘探方法。 當對地下地質體供入一直流脈沖 ΔV1,在供電電流不變的情況下,可觀測到如下現象:地面上兩個測量電極的地位差 ΔV(t)隨時間增加而趨于飽和值。 在供電電流斷開之后,會發現電極間電位差將快速的衰減,在衰減帶一定的數值后,衰減的速度將開始變慢,經過一點時間后,其可衰減為零。 這種在放電和充電過程中會產生的附加電場現象,被稱為激發極化效應。在實際地質應用方面,初期的激電法主要用于勘查硫化金
屬礦床,后來發展到諸多領域,如氧化礦床、非金屬礦床、工程地質問題等。 近年來,激電法找水效果十分顯著,被譽為“找水新法”。 利用激電法確定地層的含水性,這種方法最好與高密度電阻率法相結合,這樣就可以提高找水的成功率,降低地球物理解釋的多解性。
3 (CSAMT)可控源音頻大地電磁法
CSAMT 是在(AMT)音頻大地電磁和(MT)大地電磁法的基礎上發展起來的一種可控源頻率測深方法。 可控源音頻大地電磁法運用可控制的人工場源來測量從電偶極源到地下的電磁場分量,兩個電極的電源距離在 1~2km,測量是在距離場源5~10km 之外的地方進行 。 CSAMT 方法的工作頻率一般從10kHz~0.125Hz,因此,勘探深度一般可從地表到地下幾千米 。由于該方法運用巨大的人工信號源,能夠壓制干擾,所以可以采集到高質量的數據。 CSAMT 方法的基本理論是基于電磁波傳播理論和麥克斯韋方程組, 導出電場 Hy、ρs磁場與視電阻率的關系式為:
可控源音頻大地電磁法的出現展示出了較好的應用前景,其作為激發極化法和普通電阻率法的補充,可以深層次的解決地質問題。 例如地熱勘查和水文工程地質勘查、推覆體或火山巖下找煤、油氣構造勘查等方面,都取得了良好的地質效果。 在地下水資源中,可控源音頻大地電磁法適合尋找深部的基巖裂隙水。
4 (TEM)瞬變電磁法
TEM 是運用接地線或者不接地線源向地下發送一次場 ,在一次場的間歇期間,測量出電磁場隨時間的變化,依據二次場的曲線衰弱特征判斷出地下不同深度地質體的規模大小及電性特征等。 因為瞬變電磁法是觀測純二次場,消除了由一次場而產生的裝置偶合噪音,其有著受旁側地質體影響小、與探測地質體有最佳偶合、對低阻反映靈敏、探測深度深、橫向分辨率高、體積效應小等優點。TEM 與其他測深方法進行比較,它具有探測深度大、工作效率高的優點。 近年來,該方法得到迅速發展,特別是對探測低阻覆蓋層下的良導電地質體取得了顯著的地質效果。 由于上述特點,針對水文地質問題,TEM 不僅僅可以確定水文地質構造類型和在沖積層地區估算基巖的埋深和地下水位;還可以在濱海含水層中查明繪制人為和自然發生的海水入侵分布圖以及咸淡水界面、監測和圈定地下水污染通道。
5 (SNMR)地面核磁共振法
地面核磁共振(SNMR)是近年發展起來的找水方法也是目前世界上唯一的直接找水的地球物理新方法。 通過運用了不同物質原子核弛豫的性質,從而產生了 SNMR 效應。SNMR 效應利用地面核磁共振找到水儀器,研究并觀測在地層中水質子產生的核磁共振信號的變化的規律,進而探測地下水的時空賦存和存在性的特征。
地面核磁共振法找水的原理決定了可以找多少水,尤其是淡水。 在 SNMR 方法的探測范圍之內,只要有自由水存在,就可以感應到核磁共振信號響應,反之就沒有響應。 另外地面核磁共振方法受到地質因素的影響比較小,這樣就可以用來區別電磁測深法的電阻率和間接找水法的電阻率的異常地質。 當前, 地面核磁共振法不足之處在于不能用來探測埋藏深度在150m 以下的地下水,并且易受電磁噪聲的干擾。
6 結 語
從發展的角度看,從高密度電阻率法、激發極化法到可控源音頻大地電磁法(CSAMT)、瞬變電磁法(TEM),再到地面核磁共振法,地球物理勘探方法總體上在不斷進步。 盡管如此,在復雜的地質背景下,沒有一種方法是萬能的,只有根據不同的地質條件和工作要求,針對性地采取某種方法或幾種方法的組合,才能提高成果的解譯程度,更加精確地完成地球物理勘探工作。 多種方法的結合使用已經開始普遍用于地下水的勘探研究,也取得好的結果。 隨著勘探難度的加大,還有更多的問題需要探索和研究。 相信隨著人們認識程度的提高,物探在地下水勘察中的作用會越來越明顯, 水資源勘察也將進入一個新階段。
參考文獻:
[1] 韋衛明. 高密度電法在工程勘察應用中的體會[J]. 煤炭技術,2011(2).
這種“管理即控制”模式還會營造一種過火的政治環境。在這種環境下,勢力范圍之爭、勞工爭端、高壓統冶等一些現象屢見不鮮。這不僅會給公司帶來不良后果,而且最終還會削弱公司實力,從而使公司無法達到為用戶服務的目的,甚至還會產生“過分控制”的現象。比如把產品引入市場這種最簡單的事情也要經過各級簽字,多方協商,達成協議才得以批準。由于機構的復雜,做一項簡單的工作也會不知不覺地卷入政治漩渦中。
很多人認為:大企業應該建立起龐大的管理機構對企業實施管理,也就是說:企業越大,行政機構就應該越多,企業因此才能發展。但是事實并非如此,即使是小企業,在經理們事無巨細的干預下也不會繁榮,反而會每況愈下。但惠普公司的經驗卻告訴我們,管理機構是可以做到又大、又富于靈活性的。為了更好地解釋這兩種管理模式所帶來的不同后果,還是讓我們看看惠普是怎樣超過Digital而成為美國第二大計算機公司的吧!
在所有的70年代繁榮一時的計算機廠商中,歷經了15年的風風雨雨,艱難險阻,卻能轉危為安,而沒有面臨停工、破產和失去市場威脅的企業,也只有惠普公司一家了。
許多企業的經理們要靠“數量”取勝。歸根到底就是要通過克扣員工工資來增加企業利潤。比爾·休略特和戴維·帕卡德(惠普公司的創立者)卻認為只有員工們受益,企業才會繁榮,企業應該給員工們提供一個穩定的工作環境,幫助他們擺脫隨時被解雇的不安心理。隨時解雇員工的做法在當時的電腦界是很正常的。但比爾和戴維卻認為,強大的企業應該是一個團結協作的團體,應創立一種不拘禮節的公司作風。在經營和管理惠普公司的過程中,比爾和戴維創立了一種為員工服務的企業文化。在這種新型管理模式的指導下,惠普公司不斷繁榮發展。
當時惠普公司的主要競爭對手是總部設在馬薩諸塞州的Digital公司(1957年由畢業于麻省理工學院的電子工程師肯·奧爾森創立)。奧爾森認為Digital公司的一切行動都要以他的意志為轉移,他甚至創造了企業座右銘:“一個公司,一個策略,一個思想?!盌igital公司的管理方法是“管理即控制”管理模式走向極端的一個例子。
奧爾森的命令就是圣旨,沒有他的命令任何工作都不能啟動。專斷是Digital公司走下坡路的主要原因。雖然現今的許多公司都存在這種情況,但在當今的形勢下,這種做法必然會使企業走向滅亡。
從表面上看起來,惠普公司的經營方式與Digital 極其相似,兩個公司都向同類用戶出售小型計算機,但惠普公司權力下放,企業文化輕松靈活,員工們有決策權。而在Digital公司,獨斷專行的管理思想滲透到了Digital公司企業文化的各個環節。當時的Digital 公司是個成功的企業,是世界最大的小型機廠商,同時也是北美洲第二大計算機生產企業(僅次于IBM公司)。就是到了1988年,Digital公司在小型計算機銷售方面也仍處于領先地位,年收入達到124億美元,幾乎是惠普公司年收入的兩倍。
1994年,情況發生了變化。由于管理得法,惠普公司年銷售額增至240億美元,公司以每年銷售額增長24%的速度迅速發展。而Digital公司的年收入卻只有135億美元,如果把通貨膨脹的因素考慮進來,它的銷售額同1988年相比還有所下降。
權力下放幫助惠普公司及時對用戶需求做出反應。因此,惠普公司很早就進入了個人計算機市場。目前,惠普的各個分公司不僅向市場上銷售桌面計算機,他們還設計出一種便攜式超小型計算機并投放市場?;萜盏拇蛴C分公司還占領了桌面打印機市場?;萜展驹谟嬎銠C領域因勇于改革,大膽創新而聞名。他們經常主持研制和開發新技術、新產品,和英特爾公司聯合設計的P7型超速微型數字機就是他們革新的成果。
90年代的計算機工業已發生了巨大的變化?;萜展疽裁媾R低盈利、日益強大的競爭對手和要求苛刻的用戶群體等一系列實際問題。令世人關心的是,惠普公司如何對這些挑戰做出反應呢?惠普沒像其他公司那樣加強和鞏固高層管理部門的權力,而是更進一步地下放權力。
與惠普公司不同的是,Digital公司龐大的官僚機構決定了他們很難生產出令用戶滿意的產品。創始人肯·奧爾森對個人計算機不感興趣,當然對用戶的需求只能置若罔聞了。把持Digital公司決策權的總部的領導者也都持有這種偏見。結果Digital公司在IBM推出IBM PC機后又白白耽誤了10年。
惠普公司是通過權力下放的管理方法來解決財務危機的。而Digital公司在銷售額下降,公司陷入困境之時卻堅持遵循管理即控制的企業思想模式,自上而下實行財務控制,并加強和鞏固了公司內部的官僚機構。
Digital公司從IBM那樣的傳統公司雇來了“鐵腕”經理,以此加強公司的凝聚力。不久,裁員開始了。最初被迫下崗的是那些有實踐工作經驗的“現場”銷售人員。Digital公司把能傾聽用戶呼聲,能為用戶服務的人員都當作了裁員對象,Digital公司因此失去了用戶,自然也失去了市場。所以當1994年5月《商業周刊》感嘆Digital公司處境每況愈下時也就不足為奇了。
二、教師在論文編寫過程中的指導作用
“勘查技術與工程”專業需要具有綜合素質和先進技術的人才,畢業論文寫作期間,要注重培養學生收集信息、應用英語、計算機編程和解釋軟件使用等能力。①查閱文獻的指導。論文題目選定之后,學生需要了解相關地球物理方法的發展、研究現狀及應用情況。在查閱科技文獻過程中,教師對相關方向的現狀及學生存在的疑問進行講解和指導。②計算機應用的指導。在“勘查技術與工程”專業畢業論文撰寫過程中,教師要安排一定的計算機編程和學習使用最新地球物理資料解釋軟件的工作量。將這部分內容和畢業論文有機地結合起來。對于計算機基礎好、能力強的學生,鼓勵他們獨立編程,激發他們的創新精神。對于計算機能力弱的學生,則重點學習現有軟件的使用方法和技巧。指導學生靈活運用廣泛應用的辦公軟件對資料進行簡單處理,比如運用Grapher、Surfer、Excel等的電子表格計算視電阻率等一些簡單的處理。③地球物理資料解釋和繪圖技術的指導。在“勘查技術與工程”專業畢業論文撰寫過程中,資料解釋和繪制成果圖示是論文的核心內容。指導教師要對這部分進行重點指導。指導學生寫出明確的解釋依據、解釋思路、解釋結果,并繪制出規范、符合要求并美觀的圖件。規范的插圖和附圖是“勘查技術與工程”專業畢業論文的重要組成部分,在論文寫作過程中,教師要指導學生學習必要的專業繪圖軟件,能夠熟練地掌握繪圖技巧,做出能為畢業論文提供有效證據和支撐的圖件。④論文寫作的指導。在畢業論文的撰寫過程中,指導教師要將資料解釋部分作為論文的重點部分。不僅要有解釋思路、解釋依據,解釋理論和解釋結果的討論,還要有規范的寫作格式、規范用語、規范地引用圖件,以明確各部分的邏輯關系。在論文的寫作過程中,提高學生的科技寫作能力。
中圖分類號:G642.41 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2017)03-0098-04
地球物理學誕生與發展歷程,是人類對自然現象不斷觀測、推演和歸納的過程,其中科學實踐是最主要的推動力。自上世紀后半葉以來,地球物理越來越明顯地發展成為一門以高新技術和定量化觀測實驗為主要支撐條件的“硬科學”。隨著地球物理觀測和實驗概念的大大拓展,對多尺度、多系統、多物理機制的地球系統過程的認識日趨具體化,特別是當代地球物理科技發展所帶來的對地探測能力的空前提高,使地球物理探測開始成為地球和行星科學中幾乎所有分支學科的基礎[1,2]。因此,新時期地球物理學科的發展,對該領域的人才培養提出了更高的要求?,F代“地球物理學”的教學既要涉及具有工科屬性的觀測系統與儀器、觀測技術、數據分析與處理方法等方面技能的培養內容,也要涉及具有理科屬性的理論證明、歸納推演、現象揭示等能力的培養內容。
縱觀國內外大學的本科教學培養目標,幾乎都涵蓋了品格情操、專業知識、綜合能力等幾個方面。在本科教學過程中,實踐教學環節是實現培養目標的關鍵步驟之一。而對于不同學科的門類,在不同教學環境和教學體系下如何有效實施實踐教學則是千差萬別的。就地球物理學專業而言,實踐教學環節通常包括:觀測儀器及裝置操練(室內)、課程或案例設計(室內)、野外觀測與觀摩(戶外)、參加科學實驗或研究(室內或戶外)等幾個方面,其目的是期望通過實踐活動與課堂理論教學的結合,加深學生對理論知識的理解,培養學生解決問題的能力和綜合素養。本文結合地球物理學的特點和筆者多年的教學體會,就實踐教學體系設計和教學方法進行討論。
一、背景
隨著1998年教育部《普通高等學校本科專業目錄》的正式頒布與實施,我校開設近50年的工科“應用地球物理(地球物理探礦)”專業被合并為“勘查技術與工程”專業。為了延續我校多年來為國內地礦、石油以及工程勘察等行業培養應用地球物理方面人才的傳統和優勢,并且保持與國際同行的學術聯系,我校在1998年設置了“地球物理學(理科)”本科專業并且開始招生,并按照工科模式培養,但是在2013年招生專業已改為“勘查技術與工程”。2004年,我院申辦了“地質―地球物理”實驗班,按照“地球物理學”理科模式培養固體地球物理方面的拔尖人才。至2016年,實驗班已有8屆畢業生。事實上,我校十多年來“地球物理學”專業的培養目標和教學計劃仍然是延續“應用地球物理”專業的工科模式,實踐教學環節也大體相似。例如,在地球物理學專業教學計劃中設置的“地球物理觀測與實驗”課程,以及地球物理方法教學實習、生產或畢業實習和畢業設計,這與我國大多數工程教育實踐教學內容是類似的。這種模式通常包括實驗教學(理論課程的實驗和獨立開設的實驗課程)和集中實踐教學(認識實習、課程設計、教學實習、生產或畢業實習、畢業論文設計)兩大部分。此外,部分學生參加的科技活動和社會實踐活動,則是在教學體制之外運行。實踐教學的目標仍然以驗證理論知識和掌握實驗實訓技能為主,而對專業素養、責任感、表達與溝通能力、創新能力和協作精神沒有硬性要求,加之一些實踐過程管理和監督缺位,實踐教學評價流于形式,致使實踐能力培養的力度與效果遠未到位[3]。
二、地球物理學本科實踐教學體系設計
在我國本科教學體系中,存在重知識學習、輕能力培養的軟化現象,主要特征是側重學科基礎知識的傳授,而學生實踐訓練不足。從實踐教學體系看,教學設計和實踐活動缺乏層次性。隨著對高等教育實踐與探索的不斷深入,目前許多高校本科教育實踐教學環節所占比例已有明顯的增長,例如我校新編2015版“地球物理本科專業培養計劃”中實踐性教學環節學分已占20.7%,實踐教學活動累計達到了37周,但如何落實實踐教學的各個環節教學內容及要求,以確保教學計劃能夠有效實施并且取得顯著的效果,還需要認真考慮。2011年,華中科技大學就實踐教學問題組織了對多所高校教師和高年級學生的調研訪談,證實目前實踐教學中的認識實習、生產實習、畢業實習之間沒有明顯的梯度和層次[3]。顯然,簡單地增加實踐教學課時并不能完全解決實踐教學中存在的問題。
近年來,國內許多高校在專業課程設置中已開始考慮分層次教學。從著重于能力培養的實踐教學體系看,實踐教學方案更需要考慮層次性,不同的實踐教學環節應設立不同的教學要求。以我院地球物理學專業為例,在以往的實踐教學中,實驗課教學要求學生掌握各種地球物理觀測儀器的基本原理、操作技術以及觀測方法等基礎技能,而在教學實習中儀器操作又被看作是重點內容之一。隨著地球物理觀測技術的進步,現代地球物理儀器的使用與操作都已十分簡便,如此簡單的重復性工作很難通過實習來培養學生的綜合能力,也無法有效啟發學生的創新思維。
根據地球物理學專業的特點,實踐教學體系應涵蓋以下幾個層次或階段。
1.專業認識。觀測地球是地球物理學的重要組成環節。“專業認識”是通過地球物理儀器及觀測課程教學在課堂上來實現的,這類課程一般都伴隨有儀器認識與實驗,讓學生通過認識儀器及其觀測技術,逐漸領悟地球物理學的學科特點及研究方法。教學單位可根據現有的儀器設備開展地球物理專業教學,并要求學生掌握重力儀、磁力儀、地震儀、電法儀等儀器的工作原理、使用方法以及觀測技術等基礎技能,考核可以采用口試和實際操作表現進行綜合評價。
2.方案設計。方案設計是訓練學生運用所學知識和技能,面對一個課題(或問題)去設計解決問題的方案并驗證其可行性的實踐教學過程。方案設計可結合實際工作的某個階段,從中提取問題,通過給定條件和要求,由學生自主設計解決問題的技術方案并付諸實施,類似于課程設計。例如,假定問題:研究某地區構造帶特征,并提供該區域已有的重、磁、電、震之中任何一種或幾種數據,以及地質構造、巖性等方面的資料,由學生自主選擇數據和數據處理方法來解決問題??梢园颜麄€過程分為方案設計和實施兩個階段,由3―5名學生組成小組,明確分工,并以口頭報告和書面報告形式,分階段考核學生的時間投入、完成的工作量、方案的合理性、實施效果等,由此可歷練學生獨立思考和團隊協作的能力。本階段需要在地質學、信號處理、計算機程序設計以及地球物理專業課程完成之后實施。
3.案例分析。案例分析是針對如何解決實際問題而開展的綜合能力訓練。實際問題通常十分復雜,且涉及野外觀測技術設計、觀測工作的實施、數據采集及其質量評價、人員安排等許多環節。這項訓練可以結合現有實踐教學環節進行。例如,我校地球物理專業設有的野外教學實習,學生可以結合實際問題進行野外實地觀測,并將所獲得的數據進行分析、處理和解釋,最后完成實習報告。因此,教學實習可作為案例分析階段來實施,但考核評價體系需進一步細化和加強。此外,一些針對實際工作的生產實習也可納入這個范疇。這項訓練既可以檢驗課堂理論教學的效果,也可以使學生得到全方位的訓練。多年的教學實踐表明,通過這個階段的學習,學生基本確定了自己的專業興趣和方向。畢業生情況調查結果表明,我校地球物理學專業本科畢業生的實踐能力普遍得到了用人單位的好評。
4.科學實踐。本科生參加科學實踐活動是培養優秀人才的重要舉措。本科生參與研究課題等科研活動是我國高校教學體系中普遍存在的“軟肋”,與西方大學有明顯的差距。例如,美國斯坦福大學和科羅拉多礦業學院是地球物理學領域國際上最著名的學府,它們都為本科生參與科研活動制定了詳細的規則,學生可選擇參與實驗室或教師課題組進行科研活動,學校給予考核通過者一定的修課學分,從制度上保護了學生參加科學實踐的積極性,并使學生有機會與教授們一起工作,從而獲得科學素養訓練的機會。本階段的實施可結合“導師制”計劃來實現,同時也可以結合本科生畢業論文或畢業設計階段來完成。
上述四個階段的設置,主要突出了實踐教學的層次性,其中案例分析和科學實踐階段可結合不同的教學環節選擇實施,具有靈活易行的特點。不同層次的實踐教學需要建立不同階段的考核評價體系。例如,評價體系可分為理論研究能力、數據分析能力、野外實施執行能力、領導能力及團隊協作能力、表達與溝通能力等,這種指標有利于綜合評判本科生的能力和潛質,避免僅憑考分評判所帶來的弊端。
三、實踐教學中的幾點體會
培養方案、教學計劃和教學條件是培養學生實踐能力的基礎,教學方法則是保障實踐教學有效實施的關鍵。
地球物理學專業的課堂教學以理論為主,立足數學、物理和地質邏輯,講授理論基礎、方法原理、信號分析、數值模擬和邏輯推演。但這些內容或概念和方法無不與真實的世界有關,因而在教學過程中也應考慮理論聯系實際。自然界的物理現象可能具有很多起因,不是一個簡單的理想模型可以模擬的。例如,在課堂上討論“如何利用簡單模型去模擬現實異常體問題”,讓學生分析可能產生的誤差及其緣由,學生可以更好地理解理論方法的應用條件和應用價值。因此,在理論教學中應適時、適量地引入真實條件下的話題加以討論,把抽象問題具體化,有助于啟迪學生如何利用理論知識解決實際問題。
方案設計是訓練學生運用所學知識和技能的一個有效環節。問題可以是虛擬的,也可以是真實的,而解決問題的途徑不是唯一的,最好的答案或結論也不是唯一的。因此,訓練的目的在于檢驗學生完成的過程是否具有科學性和邏輯性。例如,提供一個重力異常數據,學生可以用不同的方法去求解異常體的深度;給定一個疊加信號,學生可以用不同的信號分析方法去分離。而不同的方法得到的結果可能具有一定的差異,但不能依此評定學生的成績。若能結合不同方法的特點對結果進行分析,學生的受益就不僅限于得到一個“正確”的答案了。
野外開展教學實習或生產實習,可被視為真正的職業訓練。專業技能訓練是主要的目的,而在實習過程中必然要涉及人員調配、分工協作、資源(包括儀器設備和材料以及經費)的管理與使用等,有時還需要面向社會,獲得社會資源。地球物理野外工作需要多人協作才能完成,這是最適合訓練學生領導能力、組織管理能力、團隊協作能力的階段。在實習中,教員不應包攬一切,而是應該讓學生自主設計、管理,并組織實施野外工作。為了讓更多的學生得到鍛煉的機會,可采用定期輪崗制。例如,2000年我院在河北秦皇島開展的教學實習就采用了“輪值經理制”方式組織學生開展野外實習。許多學生通過實習,在項目組織、團隊協作能力等方面得到了鍛煉。對這種新穎的舉措,學生反響強烈。
實踐教學方法并沒有固定的模式,不同的專業有不同的要求。新時期的教學主體――學生有別于以往,其思維方式、學習方法和與他人相處等方面都有顯著不同,如何開展好實踐教學,需要教師在教學實踐中不斷探索,不懈努力。
中國高等教育始于時期,經過了近150年的發展,可以說,我國已經成為世界上在校大學生規模最大的國家。誠然,高等教育為我國的經濟發展和社會進步造就了大批科技人才,取得了巨大的成就。但與此同時,高等教育也存在不少問題。而加強高等教育的實踐性教學,有利于培養學生的創新思維,以此來滿足我國轉變經濟發展方式,建立創新型國家和參與國際競爭的需要。
參考文獻:
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http://bulletin.mines.edu/pdf/2016-2017-undergraduate.pdf.
Thoughts about Practice Teaching Methods for Undergraduate Major of Geophysics in New Era
CHEN Chao
(Department of Solid-Earth Geophysics,Institute of Geophysics and Geomatics,
隨著找礦勘探難度的不斷增大,在大比例尺構造控礦特征研究以及隱伏礦體定位預測方面,開展新技術、新方法攻關已成共識。針對南方復雜地形地質條件下的深部礦和隱伏礦勘探,如何有效地利用當代地球物理探測技術進行大比例尺構造控礦特征研究,并指導找礦預測工作,具有重要的理論和現實意義。
本課題與生產實際需求緊密結合,針對廣泛應用于多個領域、頗有發展前景的可控源音頻大地電磁測深法(CSAMT)進行應用研究,尤其對于熱液型等構造控礦明顯的礦床,此技術方法在開展隱伏構造—礦化帶的空間定位、控礦構造基本格局分析和找礦有利部位定位預測等方面,應用效果明顯,值得進一步推廣。
關鍵詞
CSAMT;花崗巖型鈾礦;低阻體;構造控礦
1. 引言
中國核工業地質局制定了《鈾礦地質科研“十五”計劃實施意見》,提出實施“產、學、研”相結合,運用新理論、新技術、新方法創新性地開展鈾礦地質科研工作,努力開展攻深找盲的系列物探技術方法研究。要求開展對不同地區和不同鈾礦類型,因地制宜并有選擇性的開展復雜地形條件下非常規地震勘探技術、非線性區域物(化)探成礦信息提取技術、鈾成礦深部定位的高精度磁法探測技術和電磁勘探技術、大深度的井中地球物理探測技術、航空放射性測量定量解釋方法技術以及車載伽瑪全能譜測量方法技術等方面的研究。
近年來,隨著找礦勘探深度的不斷增大,地-物-化-遙聯合攻關,已經成為地質研究的基本技術途徑。在中小比例尺構造控礦規律研究方面,航磁、重力資料及遙感技術方法已在區域性控礦構造格局研究方面得以廣泛的應用。然而,針對具體的礦區和礦床而言,尤其是針對南方山區(復雜地形地質條件),大比例尺控礦構造格局研究的難度很大,一般地球物理和遙感資料分辨率偏低。因此,在南方山區探索控礦構造格局研究的方法,有重要的現實意義。
可控源音頻大地電磁法(CSAMT法)是以有限長接地導線為場源,在距偶極中心一定距離r處同時觀測電、磁場參數的一種電磁測深方法。
2.工區地質與地球物理特征
工區位于貴東巖體的東部,在區域構造上處于華夏古陸西緣、加里東隆起西南緣與湘、桂、粵北海西—印支坳陷的結合部,南嶺緯向構造帶中帶,是地殼淺部地質構造急劇變化的地帶。區內燕山晚期細?;◢徺|小巖體及中基性巖脈(墻)極為發育,并有火山巖、次火山巖出露,巖性較復雜,是我國南方重要的鈾礦成礦集中區。
區內鈾成礦活動有早晚兩期,都發生于晚期巖漿演化過程之中。早期鈾礦化主要賦存于NWW向斷裂帶與NE(含NNE、NEE)向斷裂帶的交匯部位和次火山花崗巖內外接觸帶及其產狀變異且向內凹陷的部位;晚期鈾礦化則與NNE 向斷裂帶關系密切。論文參考網。通常富鈾礦的形成多為早晚兩期鈾礦化活動疊加的結果。
工區巖礦石物性參數經測定統計,見表2-1。論文參考網。論文參考網。
表2-1 工區物性參數特征表
巖石名稱 取樣位置 密度g/cm3 電阻率Ω.m 細粒白云母花崗巖 帽峰巖體
2.56 59960 中粒斑狀黑云母花崗巖 貴東巖體
中圖分類號:P331文獻標識碼: A 文章編號:
一、前言
伴隨著現代科學技術的日新月異,水文地質勘察人員在工作中需繼承和發展傳統技術基礎上,也要關注并結合新技術、新理論,這樣才更有利于進行找水工作,才可以使找水技術不斷的更新發展。目前,我國人均淡水資料擁有量不足2 200m3,世界排名109位,而30年后,人均淡水資源擁有量將不足1 700 m3。因此用現代的水文地質勘查方法來找水減緩各區域供水壓力已成為當務之急。以下分別詳細介紹了遙感技術勘察法、地球物理測井勘察法、地面核磁共振勘察法的工作原理及在水文地質勘察工作中的具體應用。
二、現代水文地質勘察方法在找水中的應用
隨著我國經濟的快速發展,我國總體而言,水資源的利用形式逐漸嚴峻,以許昌市為例,許昌市水資源嚴重短缺,人均水資源量僅204立方米,相當于全國人均水平的1/10。市區由于過量開采地下水,已形成面積達67 平方千米的水位下降漏斗漏斗中心水位埋深24.0m,且仍以每年1.5~2.0 m的速度下降,地面最大沉降量超過277 mm。為了滿足城市居民生活和工農業生產用水需求,在許昌麥嶺水源地綜合運用現代水文地質勘察方法找水勘察,取得了多種地質信息,基本查清了供水目的層的埋藏條件、邊界條件以及地下水動態特征。筆者將從下面幾個方面簡述現代水文地質勘察方法在找水中的應用。
1.物探和鉆探
(一)物探。在水文地質調查的基礎上,結合研究區的水文地質情況,采用對稱四極電測深法對勘察區西部的補給斷面進行探測,共做電測深點203個,電測深剖面8條;利用EH-4電導率成像系統,對勘察區西部、南部邊界和北汝河河道進行了探測,共完成9條物探剖面, 96個物理點,剖面長度54.55km;對18眼探采結合井和4眼勘探井進行視電阻率和自然電位物探測井,劃分地層,進行排管。通過這些工作,基本查明了西、南邊界和北汝河河床的地層結構和含水層的分布規律,為擬建水源地的供水孔和布置鉆探工程量提供了科學依據。
(二)鉆探。根據遙感水文地質調查、物探資料,結合以往地質、水文地質資料,在補充分析勘察階段成果的基礎上布置鉆探工作量??碧绞┕た碧匠樗?眼,進尺291.4 m;地質孔4眼,進尺362 m;觀測孔12眼,進尺1 071.55 m;探采結合井18眼,進尺2 242.2 m。共施工勘探孔和探采結合井38眼,總進尺為3 967.15 m。根據物探、鉆探工作分析,麥嶺水源地第四系孔
隙含水層的形成和分布受北西向的茨溝—姜莊凹陷和襄城大斷裂等構造控制。同時根據區域水文地質條件及水源地地層時代、巖性、成因及富水性,新近系湖積層及第四系下更新統冰水沉積層的富水性差,集中供水意義不大;中更新統埋藏型沖洪積卵礫石層顆粒粗,厚度大,富水性強,不易污染,是城市集中供水的理想水源地。
2.遙感技術在地下水資源勘察中應用
遙感技術即從遠處探測、感知特體各事物的技術,它技術先進、探測范圍大、信息量大,并可實施動態監測。遙感勘察方法就是在勘察區范圍內進行的航空遙感勘察,它是一種采用展片和航片目視解釋,結合野外驗證與水文地質補充調查的水文地質勘察方法。遙感勘察方法可分為4種:熱戲外監測法、水文地質遙感信息法、環境遙感信息分析法和遙感模型法。
(一)熱紅外監測法。熱紅外監測法主要就是用熱紅外波段的遙感圖像資料,通過測定地面溫度來確定地下水的存在。特別適應于干旱、半干旱地區的水資源的尋找。其工作原理是:地下水可在過毛細管作用、熱傳導作用及地表強烈蒸發作用下可導致干旱或半干旱地區的地表濕度和溫度發生變化,從而導致冷熱異常的現象,此現象便可在熱紅外遙感圖像上顯示出
來。利用紅外遙感數據再配合一定的航片作為基本的遙感資料便可實施地下水資源的探測工作。
(二)水文地質遙感信息分析法。水文地質遙感信息分析法就是運用水文地質理論對從遙感圖像獲取的地層巖性、構造、水文等水文地質信息進行分析,從而確定有利的蓄水構造,判斷地下水的貯存情況。
(三)環境遙感信息分析法。環境遙感信息分析法就是根據遙感圖像上提取的與地下水有關的植被、湖泊、水系等環境因子與地下水的依存、制約關系來判斷地下水系統的貯存情況。其工作原理是:在干旱區域,植被的生長狀態因受到氣候、性、地貌、水文地質條件等因素的制約,其中區域淺層地下水對植被的影響最大。地下水水水位埋深、礦化度、水化學類型控制著被群、植被覆蓋度??赏ㄟ^這些信息來判斷地下水的排泄點(區)的水位埋深、礦化度和水化的學類型等相關信息。
(四)遙感模型法。
通過分析遙感圖像得知與地下水密切關系的水文因素狀況,并建立監測地下水位的定量評價模型,對地下水資源進行估測的方法叫遙感模型法,它是遙感與數學、模型學相結合的一種新的研究方法。此種方法主要用于評價地下水位分布狀況。
3.地球物理測井方法
地球物理測井是物探方法的一種,主要是配合地質鉆探對鉆孔內的水文地質狀況進行精確探測。地球物理測井方法是以嚴密的物理數學原理為基礎,主要用于分析地下水的分布,判斷地下水質量,探測巖溶洞,分析地層構造等。地球物理測井主要工作內容及工作原理如
下:
(一)正確地劃分含水層并確定層位及厚度,研究它們之間的相互關系。
(二)對地下水進行地下水礦化度進行測量。地層水的礦化度越高,地層電阻率值越低
(三)判斷裂隙及其泥質含量。裂隙存在的判斷標準:聲波時差較大,電阻率較小,密度偏低。如果裂隙存在,那么裂隙中填充的泥質越多,自然伽馬測井值就越大。
(四)巖溶水勘察。裂隙層位可由聲波曲線直接反映;當溶洞中含水時,自然伽馬曲線幅值略低,以此來可判斷其富水性;在巖溶、裂隙發育處,會出現井徑擴大的現象,因此,巖溶裂隙發育程度也可用井徑曲線來判斷。
(五)劃分鉆孔地層巖性。根據不同巖石的密度,電阻率,波阻抗,孔隙度等參數的差異,并綜合電阻率測井、聲波測井、密度測井、中子孔隙度測井等資料就可以劃分鉆孔的巖性剖面。
4.地面核磁共振法
地面核磁共振法就是利用不同物質原子核特性差異產生的核磁共振效應,通過觀測、研究地層中水質子產生的核磁共振信號的變化規律,來判斷探測區地下水的分布情況。它是目前世界上唯一可直接找水的地球物理方法,可量化含水層信息,勘探的深度?。壳白畲罂碧缴疃刃∮?50m),適合北方地表較干燥地區使用。其工作原理就是水中的氫核質子在地磁場的作用下,處在一定的能級上,再以具有拉摩爾頻率的交變磁場對地下水中的質子進行激發,這樣原子核能級間就會產生躍遷即產生核磁共振。核磁共振信號的強弱或衰減的快慢直接與含水層中氫質子的數量、含水層孔隙大小相關,核磁共振信號的幅值越大,所探測區域內水含量就越豐富。從而,可以根據由小到大的核改變激發脈沖矩來推斷由淺到深含水層的貯存狀況,達到實現直接尋找地下水的目的。
地面核磁共振法屬于直接找水法,在有效的勘探深度范圍內,有水就有核磁共振信號顯示,以此來探測各類型的地下水。主要用于探測其他物探方法難以尋找的地下水,主要應用在以下4個方面:黃土孔隙、裂隙水探測;尋找碎屑巖類淺層風化裂水和層間承壓裂隙水;確定基巖裂隙帶的富水性;判斷灰巖區溶洞、裂隙含水或是泥質充填。
三、結束語
隨著近年來科技的不斷發展,以及勘探技術的不斷提升,在繼承了老一輩水文勘探人員的技術和知識后,新一代的工作者更要與時俱進,不斷的研究并熟悉新的理論和技術,從而將新老結合,挖掘開拓出更加優良的勘探方法,從而方便找水工作,使得找水的相關技術得到不斷的提升和發展。
參考文獻:
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[3]-賢世榮 水文地質勘察方法在找水中的應用[期刊論文] 《城市建設理論研究(電子版)》 -2011年20期
前言
地球物理測井,廣泛應用于工程勘探的各個領域。通過測井地層得到鉆孔信息豐富,巖石鉆孔記錄的物理性質,地球物理信息的采集,處理和解釋,為地質信息,信息工程和地質災害,生態環境等信息,在推斷地質結構和地質環境,在解決水文地質問題中發揮作用。我國首家煤炭行業運用盾構技術進行隧道施工在新疆某煤礦投入生產。盾構隧道地質條件將不利于施工過程,可能引起周邊建筑物沉降表面變形或沖突,特別是巖石風化、水文等因素直接影響盾構隧道施工安全。所以我們必須利用經驗做好預測,基于地質隧道預報經驗,國內普遍采用地質雷達、鉆孔、地質分析三種方法進行處理。
1 綜合地球物理測井技術和應用
地球物理測井方法:自然伽瑪、聲波測井、電阻率測井、自然電位測井、井溫、井斜測井、井中電視、鹽化等。儀器設備:測井儀器采用北京中地英捷物探研究所生產的PSJ-2型數字測井儀。該系統由主機、電纜絞車、筆記本電腦、發電機,密度、井溫、井斜、聲波及電極系探管組成。井下電視采用武漢長勝工程檢測技術開發公司JL-IDOI(A)智能鉆孔電視成像儀。
中國地調局地科院物化探在完成綜合測井數據采集、資料解釋、統計分析和綜合研究工作基礎上,獲得重要發現,取得了系列進展和成果。完成了廬樅ZK01及銅陵TLZK01兩個2000多米鉆孔的6次綜合測井數據采集工作,測量總深度達4126.43米。取得了視電阻率、自然電位、極化率、磁化率、聲波速度、超聲成像、自然伽馬、巖性密度、井斜、井徑、井溫、泥漿電阻率測井及井中磁測等13種測井參數的測井數據和圖像。
在XX鉆孔1500米以下井段連續發現21處強放射性異常(一級表外含量),異常段累計厚度達93.02米,為廬樅地區深部找鈾礦提供了重大線索。通過對TLZK01鉆孔巖心編錄及測井資料對比分析,采用有效的礦化帶識別技術,推斷金屬硫化物礦化段異常12處,累計厚度400余米。利用ZK01、TLZK01鉆孔的常規測井資料,研究了巖性測井響應特征,完成了鉆孔主要巖性的測井響應分析和巖性識別分層。利用ZK01、TLZK01鉆孔的超聲成像測井資料,統計分析了鉆孔壁裂隙發育和破碎狀況。對多參數地球物理測井結果進行了綜合研究,分析了鉆遇地層主要巖性的測井響應特征,初步建立了相應的物性模型。
通過深部地球物理鉆孔和地球物理勘探工作的發展狀況,地殼淺層的垂直變化,深化金屬和地面地球物理數據提供解釋,而且提供了豐富的地球物理信息,也為工作區尋找深部隱伏礦提供了豐富的地球物理信息。目前最新的脈沖中子飽和度測井、同位素示蹤測井及配套裝備等研究,創立了脈沖中子雙譜飽和度測井及致密氣藏脈沖中子測井理論,發明了放射性同位素示蹤劑載體的制備工藝及放射性同位素示蹤劑評價手段,形成了滿足不同地層條件下注水、產出剖面監測的同位素示蹤技術體系,創建了以中子壽命譜技術為核心的套后放射性組合測井解釋方法,達到了截面雙參數同時測量,實現了監測技術的安全、可靠和高效。
2 綜合測井在盾構隧道工程主要數據
(1)不同的地質構造,巖石層的特征曲線不同,我們可以利用綜合測井數據曲線來觀察比較各種巖層,通過比較可以得到不同的特征,針對不同地理特征實施鉆孔方案和具體的工作面方案。(如圖所示)上述綜合測井數據曲線分析了電阻率、聲波速度曲線和電位情況,根據具體的數據曲線解釋原則,與實測曲線進行對比,可以確定工作面的巖層屬性,對后續的開采工作非常有利。(2)聲波速度測井曲線的解釋,聲波在不同巖層結構其波速會有不同的變化,通過不同層面其物理指標將有明顯差異,我們根據聲波速度可以確定巖孔破碎程度,進而分析巖石的破碎情況和裂縫的發展趨勢。(3)電阻率、自然電位以及溫度曲線的變化和異常解釋,一般情況下巖石周圍含水層的電阻率都會呈現較明顯的異常狀況,自然電位會明顯偏離基準線,有明顯的上升變化趨勢,溫度呈現不規律的變化,一般情況溫度的梯度變化比完整的井孔溫度梯度小,隨著深度的變化并不明顯,因此我們結合電阻率和溫度曲線,再結合自然電位變化的解釋分析確定其分類,定位含水豐富區域。(4)井液電阻率測井(鹽擴散法):在含水層(段),鹽化后井液電阻率隨時間有明顯增加和位移,根據鹽化后井液電阻率隨時間的變化和鹽水柱的運動方向,劃分含水層(段)并確定其補給關系。根據井徑測井實測數圈定井徑擴大段。(5)智能鉆孔三維可視化成像:三維地質建模是運用計算機技術,利用測井資料、錄井資料和鉆井資料,形成工程參數和地質參數的三維數據體,定量分析鉆孔的破碎情況、裂隙的發育及長度、寬度、裂隙的產狀,計算鉆孔中破碎帶的面積,繪制相應的三維井眼軌跡,逐漸成為隨鉆地質導向鉆井技術的一個熱點。利用VC++與OpenGL混合編程實現井眼軌跡和地層三維可視化。
3 測井曲線綜合解釋
綜合測井的成果解釋:可以結合聲波速度曲線變化來確定巖層的破碎程度,進行較準確的評估,結合電阻率、井溫度變化、電阻率變化可以對巖層井下的含水狀況進行評估,利用井下電視對工作面異常區進行綜合的分析。利用現代化的成像測井能夠準確經行地層結構分析,得到較準確的量化分析報告,結合聲波速度和地質特征進行交互式的信息對比,得到裂縫參數、巖體頻譜分析等等。
4 結束語
在鉆井超前勘探盾構隧道時地質預報綜合錄井取得了一些進展。特別是軟巖、硬巖,在破碎帶巖體風化程度、不良水文地質等提供了一種科學地球物理測井數據,減少技術引起的屏蔽導體和盾構施工變形和損傷的影響,以便采取相應的措施,以確保隧道施工安全。建議:如果地質雷達在隧道的頂部,位于高密度勘探地面上,盾構隧道不良地質體在施工過程中對地表擾動的形成,可能引起周圍建筑物和調查監測變形或沉降,將更有現實意義。
參考文獻
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(①Wuhan Institute of Geology and Mineral Resources,Wuhan 430205,China;②College of Earth Sciences,Jilin University,Changchun 130061,China)
摘要: 為了給城市工程建設規劃提供基礎地質資料,需查明區內斷裂的準確位置、產狀以及覆蓋層厚度。利用CSAMT方法進行了勘察工作,為避免區內人文干擾和電磁的嚴重干擾,野外施工時采用了多種手段以保證觀測數據的可信度;數據處理時首先利用五點平滑進行去噪處理,然后利用空間濾波消除靜態效應,最后采用基于遺傳算法的CSAMT全資料反演程序對野外數據進行反演。分析反演結果并結合已知地質資料,給出了區內斷裂的準確位置等信息。
Abstract: In order to provide basic geological information for a city construction plan, it is necessary to identify the precise location of the faults, the thickness of the overburden, and estimate the activity of the faults. We used CSAMT method for survey work. As there was strong electromagnetic interference in the survey area, we took many means to ensure the data obtained credible. By employing genetic algorithms full data inversion program for data inverse, we achieved a good result. With comprehensive analysis of the geophysics and geological data, we have determined the precise locations of faults.
關鍵詞: 可控源音頻大地電磁測深 空間濾波 遺傳算法 全資料反演
Key words: CSAMT;spatial filtering;genetic algorithm;full data inversion
中圖分類號:G31文獻標識碼:A文章編號:1006-4311(2011)29-0295-03
0引言
隱伏斷層是在地表無顯示或出露不明顯,而潛伏在地表以下的斷層。這種斷層可以是切穿基巖的斷層被新沉積物覆蓋,或者是斷層被侵位巖體占據,也可以形成于地下深處沒有切穿至地表的盲斷層。
用可控源音頻大地電磁法研究隱伏斷層是近幾年來才逐漸開始的。根據大量學者的研究可得出結論:采用可控源音頻大地電磁法對低阻非常敏感,可有效地劃分斷層破碎帶,可有效避免高阻屏蔽,解決常規電法以及地震折射法不能解決的地質問題[1、2、3、4、5]。
根據前人研究工作,珠三角地區發育兩條NW向斷裂及它們的次生斷裂,由于工作程度不夠,斷裂的位置、產狀、活動性等信息不清楚。為了更好地進行區域建設規劃,在區域內開展了可控源音頻大地電磁測深工作,力求查明區內斷裂的具置和產狀及覆蓋層厚度,為區域建設規劃提供基礎地質資料。
1測區地質地球物理概況
珠江三角洲地區地層隸屬華南地層大區中的東南地層區,主體為東江地層分區。地層出露齊全,從震旦系至第四系均有出露,在工作區范圍內以中酸性巖漿巖為主,第四系廣泛分布于珠江三角洲平原(見圖1)。
因隱伏斷層潛伏地表以下,因此單憑通過野外的地質調查難以發現線索。但由于斷層切斷了巖層的水平連續性,上下盤的錯動和斷層滑動面的破碎導致巖層中地震波的傳播特征和電性特征發生明顯變化,當這種地震波的傳播異常和電性異常突出到一定程度就能夠通過地面的地球物理探測而反映出來。一般而言,相對于圍巖介質的電阻率,斷層可表現為低阻斷層或高阻斷層,取決于斷層的性質、破碎帶寬度、膠結程度、含水特征、巖脈侵入等特性及圍巖電阻率特性。根據斷層的發育情況及其與兩側巖層的電性差異,斷層的電性特征主要有以下幾種表現:當斷層破碎帶寬、斷層電阻率與兩側巖層電阻率差異明顯時,斷層表現為高阻或低阻板狀體;當斷層帶不發育或斷層電阻率與兩側巖層電阻率差異不明顯時,如果斷層兩側巖性不同,斷層將表現為巖性分界面[6、7]。根據以上特征我們在測區開展了可控源音頻大地電磁測深工作。
2方法原理
可控源音頻大地電磁法[8、9、10]簡稱CSAMT法。20世紀70年代Goldstein和Strangway引入該方法,是20世紀80年代末開始興起的一種地球物理新技術,其勘探深度較大和分辨率較高,使得它在油氣勘查、礦產資源探測、地下水以及工程地質研究中應用頗多[11、12、13]。
該法基于電磁波傳播理論和麥克斯韋方程組,推導出電場(E)、磁場(H)與電阻率(ρs)的關系式:ρ■=■■(1)
式中f代表頻率。式(1)說明:在地面上測定的電場與磁場之比具有阻抗概念,可獲得地電阻率,稱之為卡尼亞電阻率。
又根據電磁波的趨膚效應理論,導出了趨膚深度公式:
H≈356■(2)
式中H代表探測深度,ρ代表地表電阻率,f代表頻率。
由(2)式可見,當地表電阻率固定時,電磁波的傳播深度(探測深度)與頻率成反比:高頻時,探測深度淺;低頻時,探測深度深。因此人們可以通過改變發射頻率來改變探測深度,從而達到變頻測深的目的。
3野外工作方法
勘探采用儀器為驕鵬公司E60系統,根據探測任務,采集頻率選擇為10000~0.325Hz,共計59個頻點。發射極供電采用30Kw大功率發電機,最大發射電流30A。
根據區域地質資料以及前人工作,在區內布置了兩條測線:1號線長1400m,點距100m;2號線長度800m,點距50m。
CSAMT法在開展大面積工作之前,進行方法試驗和參數選擇是必要的,尤其是對發射和接收的頻率以及對發射與接收距離R進行選擇[14、15]。在本區由于探測目標較深,因此利用中低頻段,選擇的頻率為10000~0.325Hz,此頻段可實現從地表探測到地下2000m的深度。CSAMT法的探測深度既受到頻率的控制,又受到收發距R的限制[10],選取R為7000m,AB長為1000m,可保證地表到地下1000m的深度范圍內探測結果的可靠性。
為接收保證接收信號的可靠性,在每次觀測前,要測量接地電阻,接地電阻小于1000Ω時可獲得較強的電場信號和較高的信噪比。對于磁探頭的埋設,使其與供電電極AB方向垂直,并保證其水平放置,同時將其埋實,以避免環境干擾。
4數據處理與資料解釋
在獲得了可信的原始數據后,首先對資料進行預處理。工作中雖采取各種措施,但還是受到比較嚴重的電磁干擾,數據出現飛點,因此數據預處理首先是去噪和靜態校正。對于五點三次、五點二次平滑及三點、五點漢寧窗濾波等去噪方法,經對比發現采用五點二次平滑在忠于原始曲線趨勢的情況下能最大限度的平滑飛點,取得較好的效果。
靜態效應[16~18]嚴重影響著處理解釋的結果,為此需要對CSAMT資料進行靜態校正來提高處理解釋質量。空間濾波法做靜態校正認為地下電性異常體或地質構造引起的視電阻率沿測線的變化是平緩的,而地表局部不均勻體或局部地形不水平則會引起視電阻率沿測線急劇變化,采用此種濾波方式,可壓制“高頻”的靜態效應[19]。結合本次勘探深度范圍為地下50m-1000m,所以采用空間濾波法做靜態校正。
經過上述處理步驟以后,還需要對CSAMT數據進行反演計算。近年來國內外一些地球物理學家開始尋求不考慮近場校正的全場資料的數值模擬和反演方法,并成功開發出基于遺傳算法[20~26]的CSAMT全資料反演程序。本次將基于遺傳算法的CSAMT全場資料反演程序應用到本次數據處理。
5資料解釋
圖2、圖3是綜合剖面解釋圖,圖中橫軸為測點位置,縱軸為探測深度。電阻率從小到大的變化用不同的顏色變化規律來表示。
1號線綜合解釋結果如圖2所示。從CSAMT反演剖面的電性特征來看,該測線的淺部為低阻層,這一電性層判定為第四系沉積物。該層上下電性層細分不明顯,在500m-650m之間出現淺部局部高阻,是由于該段測線在馬路旁邊,來往車輛對高頻信號造成的干擾。在本區,我們推斷斷裂的依據為:當基巖中有斷裂破碎帶時,往往由于充水,電阻率顯著降低;當縱向地層存在電阻率差異時,斷層上下盤的錯動,也可以形成電性界面。
結合以上討論從剖面圖可以看出:600m-800m、1000m-1200m之間有明顯的斷裂顯示,分別定為F1、F2,斷層產狀較陡。
2號線綜合解釋結果如圖3所示,橫軸代表點位,縱軸代表深度。從CSAMT反演剖面的電性特征來看,該測線的淺部為低阻層,從左側到右側低阻層逐漸加厚,厚度由200m逐漸變為400m,在300m-500m之間淺部出現2個局部的高阻,該段穿過馬路,判定為來往車輛所形成的高頻干擾造成的。從剖面圖看出,在深度500m以下,0m-300m范圍的電性明顯變化,推斷為F3斷裂。
結合地質資料分析,F1斷裂對第四系的沉積厚度影響較明顯,F2斷裂應該為F1斷裂的次生斷裂。F3斷裂對第四系沉積物的沉積厚度影響不明顯,故F1斷裂較F3斷裂活動性更強一些。
6結論
6.1 CSAMT法是電阻率頻率測深法,采用人工場源,信號強度大,信噪比高,在工業電磁干擾、人文干擾因素較大的地區進行隱伏斷裂的探測發揮了重要作用,取得了較好的地質成果。說明該方法具有較強的抗干擾能力,在高噪聲地區仍能較好的開展工作。
6.2 由于干擾的存在,數據預處理是有必要的。采用基于遺傳算法的CSAMT全場資料反演程序進行數據反演,不但具有對初始值依賴小、抗干擾能力強的特點,而且不用進行近場校正,能最大限度的利用數據。并能夠定量反映地下電性參數,給地質解釋帶來更大的實用價值。
6.3 經過本次工作,準確的定位了區內斷裂的位置、產狀及其覆蓋層厚度。后期鉆探工程施工中,在推斷斷裂F1、F3處發現破碎帶進一步證明了CSAMT法具有準確探測隱伏斷層的能力。
6.4 通過本項目的隱伏斷裂的探測工作證明,CSAMT法成本低、效率高、成果可靠。在地形起伏較大的工作區或山區等不易開展常規物探方法的地區較適合開展此工作。此方法在地質災害調查等工程物探領域具有廣闊的應用前景。
6.5 CSAMT法探測深度大、準確度高,不僅能夠推測斷裂構造或破碎帶,而且能夠電性分層,圈出低阻區等,如果能與工區地質相結合,在尋找隱伏礦床和地下水資源方面可有廣泛的應用。
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中圖分類號:C39
一、前言
科學的發展,對于金礦進行勘查的過程中,采用綜合物探的方法,對于水文地質條件進行有效的勘測,進而能有效的了解礦井的地理結構。而礦產勘查的主要目在于通過少量的經費投入獲取較好的地質效果,獲取較大的經濟效益。在過去多年的礦產勘查工作中,找礦實例表明在目前的工作中只有將地質、物勘、化探和鉆探等多種方法綜合起來,并且合理的運用和配合,進而實現良好的配合效果和最佳處理途徑。
二、金礦成礦的必要條件
據了解,地殼中金的豐度為0.5×10―9,與地幔中的豐度相比,地殼中的豐度更低,地幔和地殼中富集著許多的金礦的成礦物質。從當下的開采和回收水平來看,從3×10―6的工業品位出發,當金在地殼中的濃集系數達到≥6×103時才可以成礦。所以,經過了地質作用的不少回富集之后才可以形成金礦;又因為金具有親硫性,自然界中的金通常都是金的硫化物,與硫化礦物共生,相關資料顯示,造巖金難被活化,而金的硫化物不難被活化。所以,對于金的富集有決定作用的關鍵取決于硫化物作用。構造巖漿作用和在構造巖漿作用背景上的金屬硫化物富集作用是歸納金礦成礦的兩個主要條件控制。所以,我們可以從硫化物的強度、碎裂狀來看,也可以從其被角礫化的巖石及其在巖石中的賦存特征來分析原生金礦存在的位置。
三、金屬礦綜合物探勘查技術的應用范圍
1、在成礦帶、礦田預測研究中的應用
綜合物探技術在康古爾塔格成礦帶找礦取得了重大突破,先后發現了石英脈型金礦、淺成低溫熱液型金礦、以銅為主的多金屬礦及銅硫化物礦等類型礦床。
2、在礦產普查與勘探中的應用
在礦床普查、勘探中,應用較多的地球物理勘查技術主要有:各種地面磁法、布格重力、電阻率法、自電、激發極化法、電磁法、地震法和各種地下物探方法等。例如,天湖鐵礦的發現和勘查過程中,地面磁法發揮了重要的作用;可可塔勒鉛鋅礦的找礦勘探史可歸納為:1/20萬化探掃面發現異常―1/5萬化探異常檢查―1/2萬地質、磁法和激電掃面圈定異常范圍―1/2萬TEM圈定礦體―TEM測深隱伏礦定位。該礦床的儲量由小型變成大型,物探方法起了關鍵性的作用。
四、綜合物探概述
在礦產勘查工作中將地質、化探、物探、鉆探等方法綜合一起,進行恰當合理的分配,進而實現采礦目標和最佳效果要求,這就是綜合物探。礦產勘查的主要目的在于多快好省地發現礦產資源的儲存位置和儲存規律,是通過少量的經費投入獲取較好的地質效果,獲取較大的經濟效益。對于現階段的礦產勘查工作而言,除了采用必要的地質勘查的前提,要確??辈楣ぷ鞯目茖W性與合理性,保證勘查能夠準確、完善的描述出礦產分布規律,以提高礦產開采要求。
在這種工作基礎上,很到成都上取決于勘查方法與技術選擇是否合理、科學。在工作中我們在強調具體地址問題、經濟效益、有效的原則和選擇適當的方法技術,要在工作中盡可能的發回綜合物探方法的優勢,進而因地適宜的解決現有問題。
五、綜合物探的原理
所謂的物探技術就是根據各種巖石之間存在密度、電性放射性以及磁性等物理性質的差異,利用地球物理的原理,選用不同是物理方法和物探設備,進行工程區地球物理場的變化測量,以此來了解其水文地質以及工程地質條件的一種勘測方法。目前,由于單一的物探方法具有自身的局限性以及地質勘查具有復雜性,因此,我們在地質勘查中常常采用多種物探方法進行勘探和測試,這就形成了綜合物探技術。綜合物探技術是基于先進電子信息技術而逐漸發展起來的。由于不同的地質結構具有不同的物理特性,采用精密的電子器對地質結構進行探測,然后根據儀器反的信息數據和圖像,對地質結構作出準確的定量分析,從而對勘探地質結構的巖石密度和輻射進行判斷。通過綜合物探技術可以很好的了解各個巖石層的巖石結構和巖石種類進而有效地完成地質勘查工作,為各種地下礦石能源的開采進行安全的指導。由于地質勘查工作的復雜性,針對不同的環境往往采用不同的物探技術,因此進行地質勘查的綜合物探技術的方法有很多。例電磁法、電流法、天然磁場法、無線電波法。
六、金屬礦綜合物探勘查技術的應用范圍
1、在成礦帶、礦田預測研究中的應用
綜合物探技術在康古爾塔格成礦帶找礦取得了重大突破,先后發現了石英脈型金礦、淺成低溫熱液型金礦、以銅為主的多金屬礦及銅硫化物礦等類型礦床。
2、在礦產普查與勘探中的應用
在礦床普查、勘探中,應用較多的地球物理勘查技術主要有:各種地面磁法、布格重力、電阻率法、自電、激發極化法、電磁法、地震法和各種地下物探方法等。例如,天湖鐵礦的發現和勘查過程中,地面磁法發揮了重要的作用;可可塔勒鉛鋅礦的找礦勘探史可歸納為:1/20萬化探掃面發現異常―1/5萬化探異常檢查―1/2萬地質、磁法和激電掃面圈定異常范圍―1/2萬TEM圈定礦體―TEM測深隱伏礦定位。該礦床的儲量由小型變成大型,物探方法起了關鍵性的作用。
七、物探方法的選擇與應用
首先,應對工作地區的研究程度進行系統地了解,充分認識工作地區待找礦床的地質、地球物理及地球化學特點,對收集的資料進行分析、歸納、整理及成礦背景研究。其次,應根據現有物探技術水平及地質找礦過程中要解決的實際問題,選擇經濟有效的地球物理探查方法。應根據工作區的具體地質條件確定物探目標物―與欲尋找礦產有某種關系,從而確定物探調查的目標物。要保證現有地球物理方法技術能找到該目標物,且工作方法在經濟上是合理的,同時還要注意獲取系統、完整的地球物理調查資料,這對全面認識礦區地質體地球物理場特征和后續找礦工作十分重要。
物探方法技術選擇的基本原則是:方法技術的選擇不僅要重視其先進性,更要重視其針對性、適用性和經濟性;不僅要重視各種方法技術的組合,更要重視其有效配置;不僅要重視方法技術實施的時序,更要重視其時效。
八、結束語
綜合物探法在礦產勘查中具有著間接找礦效果,尤其是在金礦勘查中效果最佳。在采礦過程中,運用各種物探方法來指導施工是很重要的并且也很必要,很大程度上消除了找礦過程中的盲目性。
參考文獻:
1、王卓,綜合物探方法在金礦勘察中的應用[J],科技與企業,2013年第3期
主管單位:國土資源部
主辦單位:青島海洋地質研究所
出版周期:月刊
出版地址:山東省青島市
語
種:中文
開
本:大16開
國際刊號:1009-2722
國內刊號:37-1118/P
郵發代號:
發行范圍:國內外統一發行
創刊時間:1982
期刊收錄:
核心期刊:
中文核心期刊(2008)
期刊榮譽:
Caj-cd規范獲獎期刊
聯系方式
期刊簡介
《海洋地質動態》創刊于1982年,由青島海洋地質研究所主辦,海洋出版社出版。本刊是海洋地質科學領域的一份綜合性指導類刊物,主要刊登反映當今國內外海洋地質、海洋石油地質、海洋礦產資源、海洋地球物理、海洋地球化學、環境地質和災害地質等學科的科技進展和發展趨勢的學術論文;報道相關科學領域的最新研究成果、新技術方法、海洋地質調查研究和學術活動等信息。
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2017)03-0110-02
一、地球重力場
地球是一個具有明顯圈層結構特征的非均勻質體。總體上說,地球圈層分為地球外圈和地球內圈兩大部分。其中,地球內圈分為地幔圈、液態外核圈和固態內核圈。各圈層可根據密度結構劃分成更細的層,各圈層的密度結構各不相同,同時,各圈層之間存在著極為復雜的耦合作用。地球表面靜止物體所受的作用力為引力和地球自轉離心力的合力,通常稱為重力,它的物理量是重力加速度。地球重力場是表征地球介質密度變化和各種環境下(如固體潮汐、內部熱流、固體和液體之間的質量交換、表面負荷和構造運動等)動力學特征的最基本和最直接的物理量[1]。因此,地球重力場不僅存在著空間變化而且存在著時間變化,地球表面重力觀測隨時間的變化,形成時變重力信號。時變重力信號有很寬的頻譜范圍,周期變化范圍可從幾秒到一年以上,其中大部分理論上已知的地球動力學現象都可通過高精度連續重力測量,所獲得的不同時間尺度的重力變化,可用于揭示地殼均衡、地殼形變、冰后回彈、自由振蕩等地球的動力學過程,以及與人類活動相關的重力場時變成因。
二、地球重力場的觀測與應用
準確的地球重力值可通過絕對重力測量獲得,它不僅是大地測量、區域性乃至全球性地球重力場標定的基礎,也被廣泛應用于地殼非潮汐形變監測、海平面變化、地震及震后效應、火山活動等現象的研究領域。隨著資源開發和環境監測日益增長,高精度絕對重力測量也逐步延伸到這些領域[2]。隨著科學技術的發展,高精度連續重力儀器已經取得在小型化、自動化及智能化等方面的發展。利用全球重力觀測網絡獲得的重力場時間變化資料能夠用以研究地球物理學和地球動力學中的熱點問題[3]。與此同時,GRACE衛星時變重力模型的,使得利用衛星重力數據研究地球全球性乃至區域性物質質量變遷成為可能。進入21世紀以來,地面與衛星時變重力觀測逐漸受到重視,在很大程度上促進了地球重力場的研究進展,其中,與人類活動及生活息息相關的應用領域主要包括三個方面:(1)解決行星間系統下的地球動力學變化特征及地球內部參數的確定問題,例如,地球本身的固有運動,地球重力潮汐(固體潮)、地球自轉及同震重力響應時變重力觀測等。(2)解決非唯一性的地球內部物質遷移與結構問題,例如,地球相對穩定重力場的應用,圈層結構及資源勘探。(3)解決人類活動時間尺度下的地表物質遷移與環境問題,例如,地表及以上物質遷移的監測,以及地表負荷激發的地球動力學響應。
三、高校開設相關領域課程的現狀
“重力學/重力勘探”等課程是目前國內外高校在地球科學領域中開設的主要專業骨干課,通過重力測量技術和觀測數據解譯技術以及相關的理論的講授,為進一步從事地球物理基礎研究和應用研究打下基礎[1]。重力學(重力勘探)是地球物理學(地球物理勘探)的一個分支[4],由于專業的實踐性和應用性都很強,因此,少有高校開設與其內容相關的公選課程,對于“地球物理學”及“大地測量學”專業外的學生而言,很難接觸并了解跟我們人類活動與生活息息相關的地球重力場及其相關的地球科學問題。中國地質大學(武漢)自建校以來,始終大力構建“以地球系統科學為主導”的學科體系,積極發展應用科學、前沿科學,以及與社會經濟發展密切相關的信息等新興交叉學科。通過開設該公選課程,為其他學科專業學生提供認知地球重力場的學習與交流平臺,了解與熟悉相關重力測量理論與方法,結合目前地球重力場研究領域的發展現狀,加深對地球重力場探測及其相關地學應用與人類生活之間關系的理解。
四、“地球重力場與人類生活”公選課程設計
在國內,關于“重力學”及“重力勘探”等方面的教材較多,主要面向的對象為地球物理學及大地測量學等專業學生,教材涉及的內容主要涵蓋了概念、基本理論公式、處理方法及實際應用解釋等,但是還沒有地球重力場直接與人類活動等科學問題配套的教材。其原因一方面是此類內容多是近年來地球科學領域與社會關注的熱點問題,通常以科學研究的通訊新聞或科技論文的形式發表,體現了課程所設計內容的實時性與重要性。因此,課程以認識地球重力場為主線,結合最新的科技文獻等熱點信息資料,以講授故事、分享實例及相互交流等形式,增加學生對地球科學學科的感性認識,提高學生的學習興趣。以上課程內容按24個學時設置,主要涵蓋了4個方面的內容。
1.地球重力場介紹。主要介紹地球重力的組成、引力及慣性離心力分布特征、人類對于重力現象的認識過程經歷了幾次大飛躍;重力的單位、重力位、引力位、水準面、大地水準面等基本概念;分析直角坐標系中地球重力場(包括各個分量)的基本表達式、重力位與重力的關系等基本關系,著重講解地球重力場、重力位、及大地水準面等問題。
2.重力觀測方式介紹。主要介紹重力測量儀器以及觀測的主要方式等,重點介紹衛星重力觀測的基本原理與觀測方式。通過簡單地講解“重力測量儀器”或“衛星傳感器”的基本原理,使學生了解用于測量的重力儀技術要求等功能原理,其中主要以發展歷史、圖片展示的過程進行針對性講授。
3.人類活動與生活相關的地球重力場應用。地球表面的任何物體都受到地球重力的作用,地表重力不僅隨不同的時間與地點而變化,并且與地下物質密度分布不均勻以及物質遷移有關。因此,研究地上、地表與地下物質密度分布不均勻及遷移引起的重力變化,可以了解和推斷地球的結構、地殼的構造,以及地球動力學等課題。在這些研究領域中,人類活動無疑存在于甚至影響這些地球系統運動過程。
4.由地球重力場的變化帶給我們的啟示。主要介紹地球重力場的變化可能帶來的地球活動的前因與后效等問題,例如,地震前兆等與人類緊密相關的事件。同時,重點介紹由于人類活動導致的質量遷移所引起的重力變化,例如,冰雪融化、地下水流失等社會熱點問題。通過結合科學研究成果詳細介紹,并與學生廣泛地交流,以期達到從各類事件中給予學生對資源保護災害認知的啟示。
地球是一個龐大而復雜的系統。人類在這顆星球上世世代代生息繁衍,并在生產和科學實踐中不斷地研究和深化對地球的認識。對于地球物理學中的重力場而言,許多自然現象引起的重力場微弱變化現如今都已可以檢測,如冰后回彈、地球自由振蕩、陸地地下水儲量變化等,因此,推動了重力場理論模擬和重力觀測技術的發展,并為“重力學理論”研究提供基礎和動力。作為面對地球物理學專業以外學生開設的“地球重力場與人類生活”公選課程,能夠使學生更好地了解我們賴以生存的地球,對“地球科學學科”產生興趣。因此,作為以地球科學類特色的中國地質大學(武漢),應該開設相關科普性公選課程,培養具備一定的地學知識的綜合型人才,這是我校地球科學學科為主導的學科體系發展不可忽視的教學環節。
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Exploration on Offering the Public Elective Course of "Earth Gravity Field and Human Life"
WANG Lin-song
(Hubei Subsurface Multi-scale Imaging Key Laboratory,Institute of Geophysics and Geomatics,