地球物理勘探技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)及應(yīng)用探究

馬富安，唐 甫，師虎峰，何成陽(yáng)，李 朕

（廣西有色勘察設(shè)計(jì)研究院，廣西 南寧 530031）

地球物理勘探的主要目的是通過(guò)運(yùn)用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)手段，對(duì)地質(zhì)構(gòu)造展開(kāi)深度分析，為建筑工程選址、礦產(chǎn)資源勘探等工作推行與落實(shí)奠定技術(shù)基礎(chǔ)。在地球物理勘探過(guò)程中，所使用的主要儀器設(shè)備為物探儀器，由此以詳細(xì)檢測(cè)分析地殼中的巖石物理參數(shù)。如今，地球物理勘探技術(shù)在地質(zhì)、煤炭、水電、建筑工程、石油等多個(gè)領(lǐng)域中應(yīng)用，并且發(fā)揮處理顯著的應(yīng)用效果。

1 地球物理勘探技術(shù)常用方法

1.1 傳統(tǒng)技術(shù)下的地球物理勘探

1.1.1 電法勘探

這種方法在地球物理勘探期間應(yīng)用最為普遍，通過(guò)研究電學(xué)性質(zhì)變化規(guī)律以及地層電磁場(chǎng)變化規(guī)律，基于電性之間的差異性，對(duì)電場(chǎng)分布規(guī)律展開(kāi)研究測(cè)量，從而保證地質(zhì)情況被詳細(xì)的了解[1]。

1.1.2 磁法勘探

通過(guò)選擇使用磁力儀器檢測(cè)設(shè)備檢測(cè)地質(zhì)之間的磁性差異，對(duì)地下磁場(chǎng)的分布規(guī)律和異常情況作出研究，保證在段時(shí)間內(nèi)尋找出地質(zhì)問(wèn)題。

1.1.3 重力勘探

不用地質(zhì)之間，其密度是各不相同的，以這種特點(diǎn)為出發(fā)點(diǎn)，選擇應(yīng)用重力測(cè)試儀器觀察重力異常情況，了解和全面掌握地下地層起伏變化情況。

1.1.4 地震勘探

地震勘探技術(shù)是發(fā)展速度比較快的技術(shù)手段，該技術(shù)綜合運(yùn)用人工激發(fā)地震波的方法，基于巖石地震波傳播規(guī)律和地層地震波傳播規(guī)律，對(duì)地質(zhì)性質(zhì)作出探究，預(yù)測(cè)地質(zhì)活動(dòng)情況，采取必要的措施應(yīng)對(duì)災(zāi)害發(fā)生。

1.2 新技術(shù)下的地球物理勘探

伴隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展，地球物理探測(cè)儀器設(shè)備逐漸科技化，先進(jìn)的電子技術(shù)逐漸取代傳統(tǒng)的地質(zhì)勘探設(shè)備，使得地球物理勘探質(zhì)量提升。就探測(cè)深度對(duì)地球物理勘探技術(shù)進(jìn)行分類，主要分為超淺層、淺層、中深層和深層。在超淺層勘探過(guò)程中，可選擇使用淺層地震技術(shù)和地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)。在淺層勘探過(guò)程中，可選擇使用高頻電磁成像技術(shù)和高密度電阻率。在中深層勘探過(guò)程中，可選擇使用高精度重力測(cè)試和可控源電磁測(cè)深。在深層勘探過(guò)程中，可選擇應(yīng)用深層地震勘探技術(shù)、高精度處理測(cè)量技術(shù)和天然大地電磁測(cè)探技術(shù)[2]。

2 地球物理勘探期間的新理論和新算法

2.1 小波理論

小波理論是以傅里葉理論為基礎(chǔ)的，比較合適被使用在數(shù)據(jù)壓縮、信號(hào)中差分方程數(shù)值解、成像處理、子波算法等方面應(yīng)用，由此可顯著提升信噪比和數(shù)據(jù)分辨率[3]。

2.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論對(duì)人腦的思維活動(dòng)方式進(jìn)行模擬，從而完成數(shù)據(jù)分析，在應(yīng)用該技術(shù)手段的時(shí)候，可通過(guò)樣本資料學(xué)習(xí)，研究及分析活動(dòng)，確保得到的參數(shù)結(jié)果具有應(yīng)用價(jià)值，也可以在短時(shí)間內(nèi)判斷出樣本資料應(yīng)用價(jià)值，完成尚未處理的數(shù)據(jù)信息。。

2.3 幾何分形理論

幾何分形理論的實(shí)質(zhì)，是對(duì)自然環(huán)境下經(jīng)常性出現(xiàn)的不規(guī)則現(xiàn)象、不穩(wěn)定現(xiàn)象以及常見(jiàn)現(xiàn)象展開(kāi)分析，系統(tǒng)性分析在自然環(huán)境下，各種尺度的物體和現(xiàn)象之間的相似性。所以，在對(duì)整體信息進(jìn)行預(yù)測(cè)時(shí)可通過(guò)使用局部信息完成[4]。

2.4 混沌理論

在非線性系統(tǒng)描述方面多使用混沌理論體系，混沌理論體系與幾何分形理論體系之間存在著十分密切的聯(lián)系，都可以解釋不同尺度下的標(biāo)度律、差異性和相似性。

2.5 地理信息系統(tǒng)理論

地理信息系統(tǒng)是一種以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的探測(cè)體系，需要綜合軟件支持和硬件支持，采集、存儲(chǔ)、管理、查詢和輸出時(shí)間和空間數(shù)據(jù)信息，通過(guò)數(shù)據(jù)信息的處理方法，保證在最短時(shí)間內(nèi)查詢并分析出數(shù)據(jù)信息[5]。

3 地球物理勘探技術(shù)應(yīng)用

應(yīng)用地球物理探測(cè)技術(shù)，最為常見(jiàn)的領(lǐng)域是能源資源勘察。我國(guó)能源資源結(jié)構(gòu)多以天然氣、石油、煤炭等化石類為主，這種類型的能源資源在勘探時(shí)，對(duì)于地球物理勘探技術(shù)有著很強(qiáng)的依賴性。比如在勘探煤礦資源、天然氣資源和石油資源期間，大地電磁勘探技術(shù)的應(yīng)用性很強(qiáng)。通過(guò)應(yīng)用地球物理勘探技術(shù)，可以快速尋找出不用地區(qū)的油氣區(qū)構(gòu)造情況，并且完成相應(yīng)的評(píng)價(jià)，尋找到能源資源。在前期的勘探活動(dòng)中，基本上需要依靠地震勘探技術(shù)實(shí)現(xiàn)，在詳細(xì)的勘察期間，需對(duì)大地電磁測(cè)探技術(shù)、高精度磁力技術(shù)、高精度重力技術(shù)等展開(kāi)綜合運(yùn)用，對(duì)油氣地區(qū)的構(gòu)造情況和油氣地區(qū)區(qū)塊作出評(píng)價(jià)，尋找適合油氣存儲(chǔ)的地質(zhì)構(gòu)造，解決勘探油氣時(shí)存在的疑難問(wèn)題。

金屬礦物探技術(shù)作為另一種經(jīng)常被應(yīng)用的物探技術(shù)，大多是利用電法和磁法完成金屬礦物質(zhì)勘探。這種勘探技術(shù)在應(yīng)用工程中，基本上是采取電法模式完成的，為金屬礦物質(zhì)勘探提供便利，并且為工作順利開(kāi)展提供支持。該技術(shù)手段應(yīng)用的基礎(chǔ)，是圍巖和礦體之間的電性差異，研究在地下傳導(dǎo)時(shí)人工穩(wěn)定電流場(chǎng)分布規(guī)律。磁法勘探的基礎(chǔ)是礦體，或者時(shí)賦存圍巖與其構(gòu)造兩者之間出現(xiàn)的磁性差異結(jié)構(gòu)，在地表環(huán)境和高空環(huán)境下，探究分析磁場(chǎng)強(qiáng)度變化規(guī)律。

在地球物理勘探技術(shù)中，工程物探技術(shù)應(yīng)用也比較廣闊?，F(xiàn)代建筑工程施工建設(shè)現(xiàn)狀隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展而呈現(xiàn)出全新的變化，這就要求在工程勘探期間，總結(jié)出項(xiàng)目工程物理勘探的基本需求。工程物理勘探技術(shù)在鐵路施工、公路施工、管道施工、水利施工和建筑施工方面有著很大的作用。

將物理勘探技術(shù)應(yīng)用在環(huán)境保護(hù)和自然災(zāi)害防治工作中，也是極具價(jià)值的。在應(yīng)用地球物理勘探技術(shù)期間，可及時(shí)對(duì)電、熱、光等物理要素進(jìn)行檢測(cè)，了解其變化情況，正確認(rèn)識(shí)環(huán)境的變化過(guò)程，從而為提升環(huán)境保護(hù)質(zhì)量，落實(shí)環(huán)境保護(hù)工作奠定基礎(chǔ)。突發(fā)性自然災(zāi)害嚴(yán)重影響著人們的生命健康和財(cái)產(chǎn)安全，在對(duì)自然災(zāi)害進(jìn)行預(yù)測(cè)和預(yù)防時(shí)，合理的應(yīng)用地球物理勘探技術(shù)，能夠取得良好的效果。

4 地球物理勘探技術(shù)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

就當(dāng)前地球物理勘探技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀看來(lái)，相關(guān)專業(yè)人員與物理勘探工作人員之間的聯(lián)系不夠密切，甚至各項(xiàng)工作在結(jié)合的時(shí)候存在著疏忽，難以實(shí)現(xiàn)相互幫助發(fā)展的需求。在實(shí)際工作期間，相互監(jiān)督、共同進(jìn)步的現(xiàn)象也存在著問(wèn)題。工作人員沒(méi)有將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)力量徹底發(fā)揮出來(lái)，在分析資料和查詢數(shù)據(jù)時(shí)，經(jīng)常性的處于被動(dòng)狀態(tài)。在信息技術(shù)高速發(fā)展的時(shí)代背景下，工作人員必須要對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)系統(tǒng)性掌握并且熟練使用，從而保證自身工作效率提升，保證全面、準(zhǔn)確、安全的完成各項(xiàng)地球物理勘探工作。地球物理勘探技術(shù)解釋期間，秉承著多次反饋的基本原則，詳細(xì)如下所示。

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，人們對(duì)于能源資源的需求量日漸增加，重視程度也逐漸提高。在地球物理勘探技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)過(guò)程中，研究者不斷投入資金和精力，以求獲得突破。就當(dāng)前地球物理勘探技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀而言，地球物理勘探技術(shù)已經(jīng)獲得突飛猛進(jìn)的發(fā)展，全新的功能和類型不斷涌現(xiàn)，有效延伸了地球物理勘探技術(shù)的應(yīng)用范圍。例如，在地球物理勘探過(guò)程中，按照使用標(biāo)準(zhǔn)和檢測(cè)要求，優(yōu)化改良了超導(dǎo)重力儀設(shè)備和超導(dǎo)磁力儀設(shè)備，改良后得儀器設(shè)備，無(wú)論精準(zhǔn)度還是穩(wěn)定性，都獲得了大幅度提升，為勘探與開(kāi)采礦物資源有著很大貢獻(xiàn)。

計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試技術(shù)應(yīng)用，是計(jì)算技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，該技術(shù)手段具有很好的集成性。換言之，地球物理勘探期間，綜合物理勘探技術(shù)和測(cè)量?jī)x器設(shè)備，尋找出各類設(shè)備在應(yīng)用過(guò)程中的新功能。通過(guò)新功能的應(yīng)用和舊功能優(yōu)化，可以保證地球物理勘探技術(shù)優(yōu)化，數(shù)據(jù)信息呈現(xiàn)出良好的精準(zhǔn)度，另外還能夠?qū)⒂?jì)算機(jī)硬件和軟件的發(fā)展趨勢(shì)作出反映。靈活性的選擇和使用高速單片數(shù)字信號(hào)處理器，將其應(yīng)用在地球物理勘探技術(shù)上，增強(qiáng)信號(hào)處理功能、數(shù)據(jù)處理功能和誤差修復(fù)功能，有效保障物探技術(shù)應(yīng)用質(zhì)量和效率[6]。

總線技術(shù)發(fā)展應(yīng)用。在物探儀器設(shè)備上應(yīng)用總線技術(shù)，是當(dāng)前物理勘探工作中最不可獲取的技術(shù)手段之一。物理勘探技術(shù)包含有插卡式技術(shù)、模塊化技術(shù)以及積木式技術(shù)。這種技術(shù)手段在應(yīng)用過(guò)程中，為自動(dòng)測(cè)量提供便利，同時(shí)還可以快速尋找出相關(guān)參數(shù)值，保證與多參數(shù)和多功能基本要點(diǎn)相符合。在模塊式系統(tǒng)當(dāng)中，可保持結(jié)構(gòu)處于緊湊狀態(tài)，避免發(fā)生結(jié)構(gòu)問(wèn)題。

數(shù)據(jù)采集技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用發(fā)展。地球物理勘探技術(shù)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，已經(jīng)逐漸走向國(guó)際化，同時(shí)還呈現(xiàn)出靈活性、數(shù)字化、功能化和智能化等多種特點(diǎn)。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展進(jìn)步，社會(huì)生產(chǎn)與發(fā)展需要耗費(fèi)大量的能源資源。如今，世界大多數(shù)地區(qū)的淺層礦產(chǎn)資源已經(jīng)被勘探完成并且開(kāi)發(fā)殆盡，科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平比較高的國(guó)家，逐漸將勘探活動(dòng)過(guò)渡到海洋地區(qū)、沼澤地區(qū)以及沙漠地區(qū)等等，從而彌補(bǔ)當(dāng)前國(guó)家發(fā)展出現(xiàn)的資源不足問(wèn)題。

5 結(jié)語(yǔ)

地球物理勘探技術(shù)與現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)和勘探理念相結(jié)合，提升了處理數(shù)據(jù)和地質(zhì)問(wèn)題解決的效率和質(zhì)量，同時(shí)也提升了探測(cè)精準(zhǔn)度。由于在地球物理勘探活動(dòng)中新材料、新技術(shù)和新理論全面應(yīng)用，使得地球物理勘探技術(shù)的應(yīng)用范圍不斷拓展。總而言之，在新的技術(shù)支撐下，勘探技術(shù)必然會(huì)朝向更加健康的方向發(fā)展，保證工程質(zhì)量的同時(shí)，獲得良好的使用效益。