淺析地質(zhì)工作中實驗測試技術的重要性

丁超DING Chao

（山東省煤田地質(zhì)局第一勘探隊，滕州 277500）

1 實驗測試技術概況

人類借助地質(zhì)工作對我們所生存的地球的物質(zhì)屬性進行深入探究，地質(zhì)工作中實驗測試環(huán)節(jié)有著非常重要的作用。眾所周知，通過地質(zhì)實驗測試才能對礦產(chǎn)資源進行有效開發(fā)。如果在確保礦產(chǎn)資源開發(fā)過程中生命安全的基礎上充分了解開發(fā)區(qū)域地質(zhì)信息，對地質(zhì)實驗測試技術的要求是非常高的。除此之外，每一個大型建筑項目都與地質(zhì)實驗測試技術緊密相關。經(jīng)各項地質(zhì)測試實驗后，獲取的數(shù)據(jù)信息，能夠為地質(zhì)工作者的地質(zhì)保護活動或地質(zhì)開發(fā)工程提供可靠建議。人類依靠精準的實驗測試技術去準確了解各項地質(zhì)資源的動態(tài)變化，以規(guī)劃更加有效的解決措施，應對環(huán)境污染問題、能源短缺問題、礦產(chǎn)分布及儲量等各種資源問題和環(huán)境問題。

另外，地質(zhì)成果和地質(zhì)實驗測試之間同樣存在著十分緊密的聯(lián)系，地質(zhì)實驗測試的專業(yè)性在很大程度上決定著地質(zhì)成果的完成質(zhì)量。在整個地質(zhì)工作中，通過地質(zhì)實驗測試工作的開展，能夠?qū)⒕_的信息內(nèi)容提供給地質(zhì)工作者，地質(zhì)工作者對被測試區(qū)域地層的物質(zhì)組成、礦物分布及儲量、地質(zhì)結構、水域?qū)傩圆拍苡懈逦唧w的了解，對實驗測試結果的正確與否進行驗證，兩者的相互作用推動地質(zhì)工作高效開展。

地質(zhì)工作的進行以地質(zhì)實驗為基礎，探究地球物質(zhì)結構、地質(zhì)演變等實踐活動，其中涉及到水文地質(zhì)、氣候環(huán)境以及植被覆蓋等多方面，因此，地質(zhì)工程中的實驗測試內(nèi)容較為復雜。主要的實驗測試內(nèi)容，例如，巖礦探測、化學探礦、地形測量、地質(zhì)勘探、災害預防等內(nèi)容。研究人員和勘察人員等，通過對區(qū)域內(nèi)地質(zhì)進行多方面的測試實踐，獲取重要勘查信息，為礦物質(zhì)資源分析、礦山開采、地質(zhì)災害預防、生態(tài)環(huán)境保護等工作提供可靠數(shù)據(jù)。地質(zhì)工作中實驗測試技術分類較多，可用于預測地震、勘察水文與海洋等，能夠?qū)Φ叵滤础⒌V產(chǎn)等資源進行精確檢測，幫助地質(zhì)工作者對地質(zhì)資源進行科學分析與合理開發(fā)，解決全球資源匱乏問題。通常進行地質(zhì)信息檢測時，需要用到多種實驗檢測技術，例如GPS 定位技術、X 射線熒光光譜技術、原子吸收技術等，這些技術的配合使用，能夠協(xié)同促進地質(zhì)工作的檢測效率，加上物理、數(shù)學及化學模型的建立，能夠直觀、形象地反映出地質(zhì)樣品組成要素與性能指標，使地質(zhì)工作者獲取區(qū)域中的地質(zhì)條件和礦產(chǎn)資源分布等信息，促進我國復雜地質(zhì)的深入研究以及資源的合理開采利用。

2 實驗測試技術在實際工作中的應用

2.1 實驗測試技術在地質(zhì)找礦中的應用

在地質(zhì)找礦的實際調(diào)查中，實驗測試能幫助地質(zhì)工作者提高工作效率、獲取更全面的地質(zhì)信息，使其能對地質(zhì)構造更加了解，對區(qū)域的參考數(shù)據(jù)進行分析。通過對礦石樣本的實驗剖析，能夠獲取礦石的物質(zhì)與成分等相關信息，為之后的工作開展提供參考依據(jù)。根據(jù)地質(zhì)工作中相關的規(guī)定標準，將礦石樣本準確分類進行檢驗，以保證測試結果的精準性。例如：圈定白云巖礦、石灰?guī)r礦儲量中元素的測試、圈定煤礦儲量中煤樣的測試、鈾礦普查中異常區(qū)的圈定等。在實驗中，通過對礦石元素與含量的實驗測試，輔助地質(zhì)找礦工作的進行。另外，我國不同區(qū)域內(nèi)巖石和礦產(chǎn)資源特點不同，先進行不同區(qū)域的樣本分析，采取有針對性的預防方案，避免地質(zhì)找礦過程中事故的發(fā)生，還要完善事故發(fā)生后的安置措施，將損失降到最小。通過對地質(zhì)條件的深入探究，了解其風險值，以綜合制定出科學有效的應對方案，避免受到傷害。

例如，X 射線熒光光譜技術的應用，能夠?qū)r石礦物中元素進行測試與分析。對巖石礦物中主要元素與微量元素進行準確鑒定和分析，是一項操作較為繁瑣、且費時費力的工作。將X 射線熒光光譜法應用的礦物質(zhì)元素的測試中，再結合化學分析方法，不僅能夠大大簡化巖石元素分析工作量，更重要是還能夠提高測試精密度。我國地質(zhì)類型較多且地質(zhì)環(huán)境復雜，為更好的測試巖土和礦石等所含元素的種類與含量，還需使用計算機信息技術、硼酸鹽熔融制樣以及基體效應的數(shù)學校正與X 射線熒光光譜分析技術結合使用。X 射線測量示意圖如圖1 所示。

圖1 X 射線測量示意圖

X 射線熒光光譜技術也可應用于區(qū)域化探，采用粉末樣品壓片制樣的方法與此技術結合，能夠?qū)Χ嘣剡M行檢測與分析。相比于傳統(tǒng)的測定方法，此方式縮短了測定所需時間，提升了測定精確度，能夠發(fā)揮更高的經(jīng)濟效益，有著更好的應用效果。隨著科技的不斷發(fā)展，X 射線熒光光譜技術不僅能夠?qū)^(qū)域化探樣品多元素進行測定，還能以此技術為基礎，開發(fā)出區(qū)域化探數(shù)據(jù)處理的專業(yè)軟件。區(qū)域化探要求測定三十九種元素，在X 射線熒光光譜技術的應用下，能夠?qū)崿F(xiàn)對其中二十四到二十六種以上元素的測量，且測定率能夠得到有效保障，顯著提升了地質(zhì)檢測儀器的樣品測定效率。

2.2 實驗測試技術在礦山開采中的應用

雖然我國具有豐富的礦產(chǎn)資源，但是對能源的開采利用依然擁有較大空間。

在進行開發(fā)與利用礦產(chǎn)資源時，應當預先開展相關勘探與普查工作。在開采礦產(chǎn)資源的過程中，采用合適的地質(zhì)實驗測試技術應用則可以達到較好的效果。當前，我國高度重視礦產(chǎn)資源開采與利用工作，由于地質(zhì)環(huán)境的復雜性、礦區(qū)面積范圍廣，所以對地質(zhì)實驗測試技術提出更加嚴格的要求。為了有效避免盲目開采工作，提升礦產(chǎn)資源利用率，確保礦產(chǎn)開采工作人員的生命安全，可以通過地質(zhì)實驗測試技術對開采區(qū)域進行地質(zhì)勘測，并擴大勘測范圍，同時建立相應的開采標準。例如：電磁法在井下瓦斯抽排中的應用、礦井水涌水量的測定、煤的可燃性測試等。一方面確保資源利用和開采的準確性，另一方面也實現(xiàn)礦產(chǎn)開采風險與成本的降低，使采礦人員的生命安全得到保障。

2.3 實驗測試技術在工程地質(zhì)勘查中的應用

工程地質(zhì)勘察過程中，實驗測試的進行是其中重要環(huán)節(jié)。工程地質(zhì)勘查借助眾多地質(zhì)勘探方法和測試技術對被勘探區(qū)域地況進行全面探測與研究，從而分析出工程實施目標區(qū)域內(nèi)的地層分類、礦物成分等各項具體數(shù)據(jù)。工程地質(zhì)勘查中的地質(zhì)實驗測試技術包括鉆探，地震勘探，釬探，物探等，其中地質(zhì)工作中實驗測試通過使用固結分析儀、快剪儀、三軸測試儀、滲透系數(shù)測試儀、分光光度計、光譜分析儀來分析地質(zhì)樣本的工程力學屬性及評價地下水對建筑材料腐蝕性等。通過科學的使用這些方法，地質(zhì)勘探工作者能夠分析出該區(qū)域的承載力等工程數(shù)據(jù)，從而指導施工單位科學、安全的開展工程施工。

例如，鉆探技術在工程地質(zhì)勘察中的應用，常見的鉆探技術有反循環(huán)鉆探技術、繩索取心鉆探技術、液動潛孔錘鉆探技術以及組合鉆探技術等。一般情況下，反循環(huán)鉆探技術可分為水力反向循環(huán)技術和空氣反向循環(huán)技術兩中技術，這兩種技術的本質(zhì)區(qū)別在于循環(huán)介質(zhì)不同。第一種的循環(huán)介質(zhì)通常為泥漿或者水，通過將水或者泥漿移動到鉆孔的最底部，取鉆頭即可獲得巖心，之后巖心隨鉆頭返回地面，按照此方式進行循環(huán)完成對地質(zhì)勘察工作。而第二種鉆探技術的循環(huán)介質(zhì)為空氣，如圖2 所示，為空氣反循環(huán)鉆探技術的原理圖。

圖2 空氣反循環(huán)技術鉆探技術原理

這兩種類型的反循環(huán)鉆探技術有著各自的優(yōu)勢與弊端，以水或者泥漿為介質(zhì)的反循環(huán)鉆探技術通常所取得的巖塊完整性較好，有利于提升巖層判斷的準確性，其弊端在于所需水量較大，鉆探速度慢，鉆探所需周期較長。而空氣反向循環(huán)鉆探技術在實際使用中，對勞動力需求較小，且因為采用空氣作為介質(zhì)，在保證鉆探效益的基礎上，減小了鉆探所需成本，非常適合應用于缺水地區(qū)，有利于節(jié)約水資源，其弊端在于巖塊的完整性低，所獲得的巖塊樣品大多都是碎屑，無法較好反映出巖層結構缺陷，不利于對巖層的準確判斷。不同類型與原理的鉆探技術各有利弊，其適用范圍可能有所不同，可結合地質(zhì)情況，合理選擇科學鉆探技術。

2.4 實驗測試技術在地質(zhì)災害預防中的應用

近幾十年來，社會經(jīng)濟及人民的生活水平有了很大提高，但是各種地質(zhì)災害發(fā)生頻率不減。人類行為對環(huán)境的影響和破壞逐漸嚴重，導致自然環(huán)境無法承受日益加劇的人類活動，形成了各種地質(zhì)災害，嚴重威脅著人類的生命安全和社會經(jīng)濟安全。

山體斜坡發(fā)生滑坡或者泥石流、崩塌等災害現(xiàn)象的概率較大，如果山體斜坡上的植被覆蓋較差，土質(zhì)不夠堅固，在巨大的山體重力作用下，很容易造成土體和巖石下滑。加入同時遇上暴雨災害天氣或者冰雪融化，會有大量雨水從山上沖刷而下，在一些坡體陡峭或地勢險峻的地區(qū)很容易引起泥石流地質(zhì)災害。其他地質(zhì)災害還有很多，例如，地面變形、塌陷、地震等。近年來，地質(zhì)災害頻發(fā)，環(huán)境的劇烈變化加上地質(zhì)技術的缺陷，人類的生命安全和財產(chǎn)安全無法被保障。一方面，不僅要實現(xiàn)實驗測試技術在防治地質(zhì)災害中的廣泛應用，還應不斷增強實驗測試技術在面對各種復雜、危險地質(zhì)災害的時候能夠發(fā)揮的作用。例如：地震、滑坡、泥石流、地面塌陷的監(jiān)測預防手段都需要完善和改進。不僅可以嘗試將不同的實驗測試技術應用到地質(zhì)災害預防中，還可以改善實驗測試的內(nèi)容和手段。

礦山的生產(chǎn)經(jīng)營相比于其他行業(yè)，更需要安全方面的保障，礦山工程中地質(zhì)災害的發(fā)生率要遠高于其他行業(yè)，一旦發(fā)生地質(zhì)災害，會嚴重危及到工作人員的生命安全，甚至造成巨大經(jīng)濟損失。當前，GPS 技術已經(jīng)廣泛應用到地質(zhì)災害的檢測與預警過程中，GPS 技術應用流程為：首先進行GPS 布點，之后制定監(jiān)測計劃表，最后實施監(jiān)測。在對GPS 布點之前，需要仔細、實地考察礦山工程實施檢測區(qū)域的地形與地勢特點，GPS 布點是影響GPS 檢測技術效果的關鍵因素，選取的點要求能夠反映出地形變動信息、變形率大小、以及形變的大致范圍。預先架設并固定好標石，依照所檢測礦山區(qū)域的實際狀況設定好標石之間的距離，為避免環(huán)境對GPS 技術造成干擾或者不利影響，標石點周圍盡量沒有地表障礙物存在；第二個環(huán)節(jié)為制定監(jiān)測計劃表，地質(zhì)災害類型眾多，為能夠?qū)崿F(xiàn)針對性的預防和監(jiān)測，預先推測出此礦山工程區(qū)域容易發(fā)生地質(zhì)災害的類型和可能性，進一步地規(guī)劃出科學的監(jiān)測時間段，專家組或者研究人員擬定出檢測計劃，編劃出GPS 衛(wèi)星星歷軌道的可見性計劃表；最后充分結合礦山工程的現(xiàn)場狀況實施全天候監(jiān)測，一般情況下，衛(wèi)星接收設備最少要有6顆，采取高速運動下實時動態(tài)觀察模式，對礦石工程區(qū)域地質(zhì)情況進行有效監(jiān)測。

3 實驗測試技術在地質(zhì)工作中的意義

在發(fā)展地質(zhì)工作的諸多方式方法中，實驗測試技術居于重要地位。地質(zhì)實驗測試過程是針對所采集的樣本所開展的深入分析，進而對有關地質(zhì)情況相關信息予以獲取，并形成具有參考價值的報告。該報告具備一定的整體性、詳盡性、科學性與深入性，能夠幫助有關地質(zhì)工作人員解決地質(zhì)過程中所存在的重、難點問題，并在此基礎上，對地質(zhì)工作執(zhí)行方案進行設置，為地質(zhì)工作的順利開展創(chuàng)造良好條件。

地質(zhì)工作成果和實驗測試之間同樣存在著十分緊密的聯(lián)系，地質(zhì)工作成果的完成質(zhì)量很大程度上取決于實驗測試的專業(yè)性。實驗測試所得數(shù)據(jù)信息有著重要作用。通過地質(zhì)實驗測試工作的開展，能夠為地質(zhì)工作的進行提供準確的參考內(nèi)容，地質(zhì)工作的成效也是對實驗測試結果科學性與準確性的有力驗證，兩者的相互作用推動地質(zhì)工作的高效開展。

4 地質(zhì)工作中實驗測試技術的改進與提升

實驗測試技術在巖土工程、建筑工程以及礦石工作中應用廣泛，隨著各行各業(yè)對地質(zhì)工作要求的不斷提升，人們也在不斷對實驗測試技術進行改進和優(yōu)化、對實驗硬件設施與儀器進行升級與強化。通過實驗測試技術的合理使用，能夠為地質(zhì)工作提供更加專業(yè)的理論建議，為礦山的開采提供地下礦物資源儲量和分布等信息。當前，在科學技術飛速發(fā)展的時代，實驗測試技術的運用更加科學、有效，按照不同行業(yè)發(fā)展所需解決的問題和提出的較高標準，人們對地質(zhì)工作中的實驗測試技術進行了深入研究和創(chuàng)新，以提升人們對礦產(chǎn)資源的循環(huán)回收利用和合理開采。

人們通過各項地質(zhì)工作，擴大對自然條件的認知和改造能力，從而促進人們?nèi)粘Ｉ钆c生產(chǎn)條件的提升。工業(yè)化趨勢下，社會經(jīng)濟效益的提升一定程度上是以犧牲生態(tài)環(huán)境為代價，引發(fā)了一些列水資源污染、礦產(chǎn)資源衰竭以及生態(tài)環(huán)境惡化等現(xiàn)象，這些問題都促使地質(zhì)領域相關工作的不斷改進和應用，實驗測試技術逐漸完善，設備功能更加多樣化。

5 結束語

總而言之，隨著我國地質(zhì)工作中實驗測試技術不斷創(chuàng)新提高，地質(zhì)工作也獲得了更多的成果，這些都表明地質(zhì)工作中實驗測試技術的重要性。地質(zhì)實驗測試對專業(yè)所提出的要求越來越嚴格，應當將地質(zhì)實驗測試技術和具體的地質(zhì)工作聯(lián)系起來，才能將其指導作用充分發(fā)揮出來。在開展地質(zhì)工作的過程中，通過地質(zhì)實驗測試，對區(qū)域地質(zhì)的物理、化學指標進行獲取，并利用相關測試數(shù)據(jù)，進一步開展分析與對比工作。另外，便捷、高精度的探測方法也會大大減輕工作人員的工作量、提高工作效率，進而編制出精確高效的報告，以促進我國地質(zhì)工作的高質(zhì)量穩(wěn)定發(fā)展。