地球物理勘探技术的发展及应用

2021-11-29王莉蓉

中国金属通报 2021年9期

周权，王莉蓉

（新疆维吾尔自治区地质矿产勘查开发局地球物理化学探矿大队，新疆昌吉 831100）

近年来，地球物理勘探技术发展速度日渐加快，并在资源勘探、工程建设以及环境保护方面做出了巨大贡献。为了更好地推进地球物理勘探技术在上述领域的普及应用水平。文中对地球物理勘探技术发展状况进行概述，分析地球物理勘探方法及其应用，并研究地球物理勘探技术发展趋势，对地球物理勘查技术发展应用具有一定的借鉴价值。

1 地球物理勘探技术的概况

地球物理勘探（以下简称为物探）是在勘探过程当中，将岩矿石在地壳当中存在的物理性质差别作为前提来对地质构造进行研究，来对地下矿产资源进行勘探的重要方法。对地壳当中岩矿石物理参数进行测试与获取的仪器全部称之为物探仪器，这些仪器综合运用了物理学、材料学、电子学、计算机以及系统科学等各种理论、方法和技术来对地球各物理信息进行探测，直接获取相关的信息数据。目前在煤炭，交通，冶金，石油，地质，工程建筑、水电等诸多领域当中地球物理勘探都发挥着非常重要的作用。而且在资源能源勘探开发，预测地质灾害，监测地球环境污染等诸多方面都发挥着十分重要的作用。物探技术手段近年来在工程，环境，资源等诸多领域需求量也快速增长，而且物探技术围绕这些领域的仪器设备和方法近年来也获得了大幅提升，为经济社会发展做出了巨大的贡献。下面分析研究物探技术方法，一些技术指标和获得的成果[1]。

2 地球物理勘探方法及应用

2.1 重力勘探

该方法在地球物理勘探中占据非常重要的地位，具体勘探过程当中，是将地壳当中各种岩矿体具有的密度差异充分利用，使其产生地表重力加速值改变，而完成地质勘探的一种重要技术方法，该方法应用过程当中，将牛顿万有引力定力充分利用。只要地质体与周围岩体勘探过程当中存在密度上的差异，便可通过重力测试仪器寻找到其中的异常，然后于研究区的地质情况充分结合，并充分分析其他物探资料，便可以有效的解释重力异常或者进行定量解释，可以对覆盖层之下。存在不同密度的矿体以及岩层埋藏情况做出准确的推断和预测，寻找到更多有价值的隐伏矿体，摸清地质构造实际状况[2-4]。

2.2 磁法勘探

该方法主要包括，井中磁测以及海洋磁法勘探和航空、地面勘探的。磁法勘探主要用于铜金矿、铅锌矿、铁矿相关矿产资源的勘探工作，来开展地质填图，对和地质构造大地构造相关的油气资源进行研究。我国我国建国之初到现在，很多多金属矿以及铁矿区还有油气田的建设，过程当中，磁法勘探都发挥了非常重要的作用，也获得了丰硕的研究成果。在地球物理勘探当中，磁法勘探是一种非常常用的物理勘探手段，目前国家已经将系统测量计划纳入到全国范围当中，并将我国全部的重要地区都进行了覆盖。

岩石和矿石在自然界中的词性是不同，由此产生的磁场也存在很大不同，这样一来导致局部地区地球磁场出现改变引发地磁异常，通过相应的仪器以及对这些词异常进行研究，获取相关信息资料，寻找到磁性矿体以及相应的地质构造这便是实测方法，目前这种方法应用越来越普遍。

2.3 电法勘探

是结合延迟以及矿石具有的不同电学性质来开展地质研究和找矿工作的一种。重要的地球物理勘探手段，借助先进的仪器设备，对于天然的或者人工的电子厂进行观测分析，对这些电池厂特点规律进行分析研究，来提高找矿水平。

2.4 地震勘探

目前在地球物理勘探方法当中，发展速度最快的当属地震勘探方法。这种方法在利用过程当中通过人工手段将地震波激发，地震波在不同地层当中有着不同的传播规律，通过这一特点，便能对地下地质情况展开相应的勘探，地震波在地面某处被激发之后传播向地下，由于地层分界面存在不同弹性，就会有反射波与折射波向地面返回，通过专业的仪器设备便可以对这些波做出准确的记录，分析获得的信息特点，并利用专业的仪器进行处理计算，便能对这些界面测定的深度形态做出准确判断，对地层岩性准确确定，特别是在油气构造和尤其资源寻找过程当中，这一勘探方法应用效果较好，同时在一些岩盐，矿床、煤田矿床勘探过程当中，还有一些金属矿床勘探过程当中，这一方法也发挥着十分重要的作用，另外，利用地震勘探还能有效地应对一些水文地质工程地质问题。在现代科学技术高速发展背景下，各种天然震源的地震勘探技术手段获得了巨大发展[5]。

2.5 探测地下管线以及金属管线

利用管线探测仪能够精准的探测地下的金属管线，同时探地雷达也发挥了非常重要的作用，金属管线探测过程当中通过管线仪进行探测，不仅操作起来非常的方便，而且效率也是非常高，具有很好的探测精度。一些密集管线或者埋深较大的管线可以通过探地雷达来完成探测。探测非金属管线过程当中，探地雷达也是首选的勘探方法，利用这种方法进行勘探，不仅精度高，效率高，而且易反演解释，可以持续性的无损探测，运用探地雷达天线阵技术，能够使探测精度和有效性得到大幅提升。

2.6 考古探测

在考古研究过程当中，由于周围物质和古代遗物在地下埋藏，它们都存在一定的物性差异，利用地球物理勘探方法，便可以详细的调查分析他们的具体分布情况，埋深情况以及平面位置情况。通过雷达多天线阵列技术可以高精度地完成探测，特别是在一些面积较小的区域上，进行精准定位其优势十分的明显，磁法勘探效率高，对于大面积的考古揭露发挥着非常重要的作用，能够将地下遗址大面积的面貌展现出来，与考古发掘和考古调查相关信息资料充分结合，并有效校正典型的影像信息，便可以对遗址整体全貌有一个全面了解，在在考古研究当中，可以利用这一技术发现墓穴、房屋、壕沟、城墙等，分布和位置。

在我国工程领域，环境领域以及资源领域物理勘探技术高速发展发挥着越来越重要的作用，特别是当前经济社会高速发展背景下地球物理勘探技术手段发挥的作用更加凸显。就地球物理勘探而言，有着不同的勘探深度，也因此将这些技术手段划分成四个类型：主要包括超浅层，浅层中，深层，深层等几种类型。浅层地震技术以及地震雷达技术在超浅层勘探方面作用优势非常突出。高频电磁成像以及高密度电阻率在浅层勘探过程当中具有明显的优势。而中深层中生成过程当中，高精度重力测量和可控源电磁测深进行勘探。深部勘探过程当中可以选择应用生成地震，高精度磁力测量，大地电磁勘探等方法完成勘探。

3 地球物理勘探技术的基本应用

（1）能源物理勘探。勘探天然气以及石油资源过程当中前期阶段可以通过地震勘探进行勘探，而详细勘察阶段可以利用高精度重力与高精度磁测和大地电磁法进行勘探。研究油气分布区的构造与区块特征，探寻到油气储藏构造，来对油气勘探过程当中的疑难问题有效解决。

（2）勘探固体矿产资源，特别是在勘探金属矿产资源过程当中，可以运用此法和电法技术手段进行勘探。电饭。电法勘探过程当中主要是结合围岩和矿体存在的电性差异为前提，对人工稳定电流场在地下传导分布规律进行研究，来掌握矿体和围岩具体分布情况。磁法勘探过程当中主要是根据围岩和构造存在的磁性差异来判断矿体的位置。

（3）工程物探。现代建筑工程高速发展，各类工程建设过程当中都需要对工程安全性等各个方面进行检测，此时便可利用电法，探地雷达浅层地震。等各种物理勘探方法来进行勘探。

（4）防治灾害保护环境方面的物理勘探。地球物理勘探技术作为一种先进的技术手段，可以从光、热、电等各个方面来进行监测，进而对环境变化过程全面认识指导环境保护工作的高效开展，自然灾害的发生给人们的生产生活带来巨大影响，还造成严重的经济损失和人员伤亡，而在自然灾害防治过程当中，应用地球物理监测技术发挥着越来越重要的作用，可以准确的监测地质灾害，指导防治工作，高效开展，减少损失。

4 地球物理勘探技术发展趋势

地球物理勘探技术未来发展方向，应当将现代化的电子计算机技术引入其中，科学有效的控制各种干扰造成的不利影响，增强分辨率，进而获得更加丰富的信息数据，并重视反演理论和技术方面的研究，保证能够更加高效的解释各种地球物理信息，提高勘探精准性。同时在地球物理数据方面处理等技术手段也应当有效提高，仪器设备应当向高精度、多功能轻便化方向发展，同时提高仪器设备的数字化与智能化水平。

（1）加强计算机与数据采集技术的应用，推动物探技术功能更加强大，数字化，自动化水平快速提高，逐渐转向轻便化方向发展。发挥计算机与数据采集技术、模/数变换技术等各种优势，推动地球物理勘探技术持续健康发展。目前，随着多年的开采工作不断推进，很多地表浅层的矿产资源已经开发殆尽，深部矿产资源勘探成为重要的发展方向。在此背景下呢，深部勘探以及一些海洋沼泽，沙漠地带成为重要的勘探研究区域，但是这些区域勘探难度都非常的大。同时在一些矿山建设，核电站建设，水电站建设还有其他工程建设过程当中，都需要对当地的地质情况以及危害因素展开全面的勘探与分析研究工作。这些更为地球物理勘探技术提出了更高的要求，所以在工作实绩应当进一步加强新技术，新方法，新仪器的研究工作，运用遥感数字化技术手段，提高勘探整体水平。

（2）总线技术发展速度不断加快，同时插卡式，模块化，积木式的地球物理勘探仪器获得了巨大发展，这些技术的高效应用，可以实现多参数多功能自动化测量，便于组成更加轻便的矿化物探仪器系统。成为物探技术重要的发展方向。将功能强大的应用软件以及计算机辅助测试技术集成应用，推动测量仪器向着更高层次的发展，进一步提高测试技术整体水平，确保测量系统有着更为强大的功能。

（3）地球物理勘探技术，信号处理能力由于高速单片数字信号处理器的应用，其处理能力得到了大幅提升，运用先进的仪器设备，更新换代，不断拓展其功能，利用增强硬件功能以及精细制造工艺，确保数据高效处理，减少误差。

（4）应用CAD、CAT以及EDA电子设计自动化技术，可以使研究物探仪器设备的周期大幅缩短，推动仪器设备的更新换代，特别是EDA技术近年来的高速发展，对于电子产品设计领域产生了非常深刻的影响，对于探测仪器技术的设计必将起到更好的推动作用。

（5）地球物理勘探技术，伴随一些现代新技术的应用，使其功能变得越发的强大。特别是超导重力仪和超导磁力仪，不仅在精度方面非常的高，而且灵敏度稳定性也非常突出。在地质勘查工作当中，通过发挥3s（GIS, GPS, RS）技术具有的优势，彻底改变了过去人工测量定位的不足，还大幅减少了劳动力的投入。在地震勘探中，层析成像技术的应用，使得地震勘探的效率和解释精度大幅提升，应用探地雷达，可以更加高效的检测混凝土构件，桥基、机场跑道等质量检测[6]。