地球物理勘探技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用*

張媛 陳少澤

寧夏回族自治區(qū)地球物理地球化學調(diào)查院 寧夏 銀川 750001

引言

地球物理勘探技術(shù)其根本作用在于利用現(xiàn)代化的科學技術(shù)方法，對需要勘查的對象進行深度的剖析，推動建筑工程、礦產(chǎn)資源勘探等行業(yè)的工作進程，并為其提供有力的保障。而如今，地球物理勘探技術(shù)廣泛滲透進多個領(lǐng)域，為我國社會發(fā)展與建設(shè)做出了巨大的貢獻。

1 地球物理勘探技術(shù)的概述

1.1 地球物理勘探技術(shù)的含義

地球物理勘探是對巖石、礦石等地球地質(zhì)的分布位置、物理性質(zhì)進行探測與研究，例如密度、導(dǎo)電性、放射性等。而地球物理勘探技術(shù)則主要是利用物探儀等儀器設(shè)備，對地球地質(zhì)中的物理數(shù)據(jù)進行監(jiān)測，并分析出其變化規(guī)律，再結(jié)合現(xiàn)代化高科技的電子信息技術(shù)、計算機技術(shù)、通信工程技術(shù)以及物理學相關(guān)知識，將地球地質(zhì)的結(jié)構(gòu)狀態(tài)與監(jiān)測到的物理數(shù)據(jù)差異進行比對與研究[1]。通過此技術(shù)所得到的數(shù)據(jù)具備高度的精準性、科學性與可行性，因此，在建筑工程行業(yè)、礦物開采行業(yè)、能源勘探行業(yè)、地質(zhì)災(zāi)害行業(yè)等多個行業(yè)中都能看到它的身影，在這些行業(yè)中擁有著舉足輕重的地位，極大地推動了我國各個行業(yè)的穩(wěn)健發(fā)展，促進我國的社會發(fā)展步伐。

1.2 地球物理勘探常用方法

地球物理勘探技術(shù)常用方法主要有以下4種：①重力勘探。此方法的創(chuàng)造是在萬有引力定律的基礎(chǔ)之上，主要對組成地球內(nèi)部地殼的各種礦石、巖石之間的物理密度差而造成的地球表面的重力加速度變化值進行物理勘探。只要勘探的對象與其附近的巖體存在密度差，就能通過重力儀等精密設(shè)備檢測出來，然后再根據(jù)相關(guān)資料進行分析判斷地質(zhì)情況與礦體的地理位置；②磁法勘探。此方法主要是利用了大自然物體的特性，例如巖體、礦石等都具有不同的磁性，能夠產(chǎn)生不同的磁場，而利用專業(yè)的儀器設(shè)備就可以根據(jù)勘探區(qū)域不同的磁場變化，尋找擁有磁性的礦體，進而探究出勘探區(qū)域地質(zhì)的結(jié)構(gòu)。此方法多用于我國的陸地、海洋等礦產(chǎn)資源的勘探，在其中發(fā)揮了極其重要的作用；③電法勘探。此方法分為兩類，直流電法勘探與交流電法勘探。其作業(yè)原理也是利用了勘探物體獨有的特性，例如巖石、礦體等都擁有一定的導(dǎo)電性、電磁感應(yīng)性與介電性等，利用它們之間不同的電性差異，通過專業(yè)的儀器設(shè)備探測出不同的電場或交變電磁場，再根據(jù)得到的數(shù)據(jù)特點進行剖析從而找到對應(yīng)的礦體；④地震勘探。此方法是現(xiàn)代科技飛速發(fā)展下變化的最快的方法之一，它的工作方式主要是利用地球內(nèi)部各類礦體的不同彈性，再通過人為制成的地震波在其中傳播的規(guī)律進行地下勘探。用專業(yè)的儀器設(shè)備記錄下地震波的傳播規(guī)律，例如傳播時間、地震波的振動形態(tài)等，再經(jīng)過專業(yè)的計算準確地判斷出勘探對象的地質(zhì)狀況，此方法多用于水文行業(yè)、煤田勘探、地震預(yù)測等領(lǐng)域。

2 地球物理勘探技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

隨著現(xiàn)代化電子信息技術(shù)、通信工程技術(shù)、計算機技術(shù)等高科技的飛速發(fā)展，地球物理勘探技術(shù)也得以飛速進步。當前，地球物理勘探技術(shù)已經(jīng)成為國家工程勘探、礦物勘探、能源勘探、環(huán)境勘探等工作中不可替代的重要手段，在我國的各行各業(yè)都發(fā)揮著其不可或缺的重要價值。

就目前而言，我國的地球物理勘探技術(shù)因研究對象的不同，主要分為兩大類：勘探技術(shù)與油藏技術(shù)。這兩類技術(shù)在近幾年都取得巨大的進步，為我國的石油化工企業(yè)提供了有力的基礎(chǔ)保障?？碧郊夹g(shù)主要作用于地球物理勘探的宏觀部分，研究地球的地質(zhì)結(jié)構(gòu)狀態(tài)、內(nèi)部礦體與巖體分布情況等；而油藏技術(shù)主要作用于地球物理勘探的微觀部分，研究地殼內(nèi)油量的分布情況、地質(zhì)模型等。地球物理勘探技術(shù)也可因勘探對象的深度不同分為四大類：對于深度較淺的勘探對象，一般采用淺層地震技術(shù)與雷達探測技術(shù)；對于淺層的勘探對象，一般采用高頻電磁成像技術(shù)等；對于中深層的勘探對象，一般采用高精度重力檢測技術(shù)等；對于深層的勘探對象，一般采用深層地震勘探技術(shù)與天然大地電磁測深技術(shù)等[2]。

地震物理勘探技術(shù)分為3大類：①反射地震技術(shù)；②數(shù)字地震技術(shù)；③三維地震技術(shù)。這3類不同的地震勘探技術(shù)都分別在不同的關(guān)鍵時期發(fā)揮了彼此重要的作用價值，不僅極大地提高了油氣資源的發(fā)現(xiàn)數(shù)量，促進了地震勘探技術(shù)的發(fā)展進程。而在人工智能技術(shù)、電子信息技術(shù)等各種高科技的發(fā)展支持下，油藏描述技術(shù)、高分辨率地震技術(shù)等各種先進的勘探技術(shù)也隨之發(fā)展壯大，將地球物理勘探技術(shù)的成功率與準確率顯著提高，極大地推動了相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。例如：地震監(jiān)測技術(shù)的出現(xiàn)為石油化工企業(yè)增加了石油燃氣的儲備量，將石油燃氣的開發(fā)與生產(chǎn)使用壽命顯著提高，減少企業(yè)成本，實現(xiàn)了效益最大化；而三維疊前深度偏移技術(shù)的出現(xiàn)則打破了傳統(tǒng)勘探方法的局限性，有效地解決了復(fù)雜地區(qū)地形的地質(zhì)勘探問題，帶動我國煤田勘探等行業(yè)的蓬勃發(fā)展。

近年來，隨著現(xiàn)代化科技的蓬勃發(fā)展，與地球物理勘探技術(shù)相關(guān)的專業(yè)儀器設(shè)備也越來越科技化、先進化，傳統(tǒng)的物理勘探設(shè)備被逐漸取而代之，再與先進的三維疊前深度偏移技術(shù)、地震監(jiān)測技術(shù)等互相配合，相輔相成，有效地提升了我國的勘探技術(shù)質(zhì)量，使我國在吉林地區(qū)、新疆地區(qū)、華北地區(qū)等勘探開采出多個近億噸的新油田，極大地增加了我國油田的儲備量[3]，促進了石油化工行業(yè)的又一步提升，由此可見，地球物理勘探技術(shù)滲透進我國的各個領(lǐng)域，其重要地位不言而喻。

與此同時，我國還將3D可視化技術(shù)運用到物理勘探技術(shù)當中，它能將探測到的地下巖體、礦石等的結(jié)構(gòu)信息轉(zhuǎn)換成更加直觀的圖像信息，相關(guān)人員可以通過圖像上顏色的不同與立體動畫，充分了解到地下的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，大大地提高了相關(guān)人員工作的效率與質(zhì)量；除此之外，還有復(fù)雜的山地地震技術(shù)、深度域成像技術(shù)、井中地震技術(shù)等的運用，都為我國的地球物理勘探技術(shù)奠定了堅實的基礎(chǔ)，進一步推動了我國各行各業(yè)的發(fā)展步伐。

3 地球物理勘探技術(shù)的應(yīng)用

3.1 能源勘探中的應(yīng)用

能源勘探行業(yè)是應(yīng)用地球物理勘探技術(shù)最為常見的行業(yè)之一，主要是因為我國的自然能源結(jié)構(gòu)大多都由石油、天然氣、煤炭等化石類組成，而這類能源所處的位置其地質(zhì)結(jié)構(gòu)都較為復(fù)雜，因此在對這些自然能源進行勘探開采時，對于地球物理勘探技術(shù)有著非常大的依賴性，通過此技術(shù)能有效解決我國石油、天然氣開采艱難的問題，促進我國油氣行業(yè)的發(fā)展。例如，在對盆地地區(qū)的石油、天然氣、煤炭等資源進行開采時，前期勘探的工作就主要依賴于地震勘探技術(shù)，通過人工制作的地震波在地表下通過各種反射、折射，利用專業(yè)的儀器設(shè)備記錄下地震波的傳播速度、振動形式等，再經(jīng)過精密的計算，快速的分析出勘探對象的結(jié)構(gòu)狀態(tài)；在后期對于勘探對象進行詳細的勘察時，就需要結(jié)合高精度的磁力技術(shù)、天然大地電磁探測技術(shù)以及高精度的重力技術(shù)等綜合技術(shù)，利用其不同的磁場與重力變化值對天然氣、石油等勘探區(qū)域的構(gòu)造情況和分布情況做出科學合理的準確判斷，然后找到最適合天然氣、石油等儲存的位置，增加我國油氣儲備量[4]。

3.2 礦物勘探中的應(yīng)用

礦物勘探行業(yè)也是最常利用地球物理勘探技術(shù)的行業(yè)之一，而其中電法勘探和磁法勘探經(jīng)常應(yīng)用于金屬類的礦產(chǎn)資源勘探中。電法勘探在對金屬類礦產(chǎn)資源進行勘探時，其主要工作原理是利用專業(yè)的設(shè)備通過巖體、礦體之間不同的導(dǎo)電性、電磁感應(yīng)性探測出不同的電場與電磁場，再根據(jù)數(shù)據(jù)研究分析電流在地下傳導(dǎo)時的規(guī)律，進而準確找到金屬礦的地理位置；磁法勘探在對礦物進行勘探時，則是利用周圍巖石、礦物的磁性差異，利用設(shè)備探測出磁場的變化，再根據(jù)數(shù)據(jù)研究分析磁場的強弱變化規(guī)律，進而準確探測出地質(zhì)結(jié)構(gòu)，提高我國礦物勘探效率[5]。

3.3 工程勘探中的應(yīng)用

隨著如今社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展，我國的工程建設(shè)行業(yè)也日漸壯大，對于工程勘探的需求也日益增多，而地球物理勘探技術(shù)的應(yīng)用有效地解決了這一問題。對于工程勘探行業(yè)來說，最常用的方法就是電法勘探、淺層地震探測法、地質(zhì)雷達勘探技術(shù)等，被廣泛應(yīng)用于建筑工程、管道工程、水利工程、公路鐵路工程等探測與建設(shè)中，滲透到人們的日常生活之中，對工程作業(yè)效率的提高有著顯著的作用。

例如地質(zhì)雷達工作原理是依據(jù)地下物體的介電性差異與結(jié)構(gòu)形態(tài)的差異，通過分析電磁波傳播的形態(tài)與強度變化規(guī)律，從而找出地下物體的地理位置與結(jié)構(gòu)。而地質(zhì)雷達勘探技術(shù)則是以超高頻率的電磁波作為基礎(chǔ)探測源，向地下發(fā)射一定頻率的電磁波，再由另一端接收來自地下的反射回波，從而準確勘探出地下物體的地理位置與結(jié)構(gòu)，能極大地提高工程施工的工作效率與質(zhì)量[6]。除此之外，通過實際鉆探研究證明，地質(zhì)雷達還可應(yīng)用于城市地下處于淺層區(qū)域的巖溶勘探工作，能夠準確找出巖溶洞的地理位置，為后續(xù)的建筑施工打下良好的基礎(chǔ)。

3.4 自然災(zāi)害與環(huán)境保護的應(yīng)用

在過去的人類發(fā)展史中，突發(fā)性的自然災(zāi)害都對人類的生命與財產(chǎn)安全產(chǎn)生了極大的威脅，而隨著現(xiàn)如今互聯(lián)網(wǎng)、通信技術(shù)等的飛速發(fā)展，地球物理勘探技術(shù)也被廣泛應(yīng)用于自然災(zāi)害的預(yù)測與防護以及環(huán)境保護中。例如在預(yù)測地震自然災(zāi)害時，地球物理勘探技術(shù)就起到了關(guān)鍵性的作用，它能通過地球地質(zhì)內(nèi)部不同礦體的彈性，用專業(yè)設(shè)備記錄下地震波的變化規(guī)律，再經(jīng)由地震局的分析，提前預(yù)測出地震發(fā)生的地理位置，提前發(fā)出預(yù)警，讓人們做好相應(yīng)的防護措施，為人們的生命與財產(chǎn)安全提供了有力的保障；在對環(huán)境進行勘探時，地球物理勘探技術(shù)能夠?qū)χ車h(huán)境的電、光、熱等物理要素進行監(jiān)測，記錄其變化規(guī)律，從而幫助工作人員正確認識環(huán)境的變化過程，了解環(huán)境的真實情況，進而采取有效的針對性措施，提高環(huán)境保護的工作效率與質(zhì)量，為保護地球的生態(tài)環(huán)境做出了巨大的貢獻[7]。

4 地球物理勘探技術(shù)未來展望

我國的地球物理勘探技術(shù)在未來發(fā)展過程中會更加科技化，相關(guān)儀器設(shè)備會逐漸變成插卡式、模塊式的技術(shù)系統(tǒng)，利用這些高科技手段，可以實現(xiàn)儀器在多個數(shù)據(jù)、多個功能下的自主測量工作，并對物理勘探技術(shù)打下堅實的基礎(chǔ)；其次，有些國家已經(jīng)幾乎將淺層的自然資源開采殆盡，正面臨著能源枯竭的問題，因此他們就將目光放到了沙漠、沼澤等極為復(fù)雜的區(qū)域，而現(xiàn)目前的技術(shù)對于沼澤、沙漠等地形的勘探還有些困難，所以地球物理勘探技術(shù)會在電子技術(shù)、計算機技術(shù)等高速發(fā)展的基礎(chǔ)上，向著數(shù)字化、智能化、多功能化邁進，確保其能夠在這些復(fù)雜地域勝任勘探任務(wù)。

5 結(jié)束語

綜上所述，地球物理勘探技術(shù)是一個專業(yè)性強、工作難度大的工作，需要過硬的專業(yè)知識與專業(yè)技術(shù)才能順利完成任務(wù)。目前我國的地球物理勘探技術(shù)與現(xiàn)代化信息技術(shù)相結(jié)合，提高了勘探工作的精準度與便捷度，被廣泛應(yīng)用于各個行業(yè)，尤其是地震勘探技術(shù)的作用尤為顯著。在未來新型技術(shù)的支持下，地球物理勘探技術(shù)只會朝著更加先進的目標前進，促進我國各行各業(yè)的健康發(fā)展，為人們?nèi)粘Ｉ畹挠行蛘归_打下堅實基礎(chǔ)。