水工環(huán)地質(zhì)勘查技術(shù)探討

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摘要:簡(jiǎn)述了水工環(huán)地質(zhì)勘查的現(xiàn)狀與應(yīng)用領(lǐng)域，分析了水工環(huán)地質(zhì)勘查GPS技術(shù)、RTK技術(shù)及TEM技術(shù)的特點(diǎn)，并探討了各技術(shù)在實(shí)際工程中的作用，對(duì)人類工程的建設(shè)有重要的意義。

關(guān)鍵詞:水工環(huán)地質(zhì)勘查;GPS技術(shù);RTK技術(shù);TEM技術(shù)

隨著我國(guó)對(duì)資源的開(kāi)采力度逐漸加大，建筑工程行業(yè)的迅猛發(fā)展，地質(zhì)勘查在尋礦工程和建筑工程有著前瞻性的積極意義。然而過(guò)度的開(kāi)采和不規(guī)范的建設(shè)，環(huán)境污染等生態(tài)問(wèn)題逐漸顯現(xiàn)，加上全球性的極端氣候影響，可持續(xù)發(fā)展的理念受到了空前的挑戰(zhàn)。因此，在各領(lǐng)域的人類工程中，前期階段的水工環(huán)地質(zhì)勘查成為了人類活動(dòng)的必然。只有準(zhǔn)確地進(jìn)行地質(zhì)勘查，才能確保人類活動(dòng)的合理性和科學(xué)性，才能實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益統(tǒng)一，構(gòu)建和諧發(fā)展的人類文明框架。鑒于此，下文將基于筆者研究及工作實(shí)踐，重點(diǎn)圍繞水工環(huán)地質(zhì)勘查中的技術(shù)應(yīng)用談一談自己的看法，以供廣大同行參考。

1水工環(huán)地質(zhì)勘查的概述

由于學(xué)科間的交叉融合和理論基礎(chǔ)的成熟，單一的地質(zhì)勘查已經(jīng)不能夠滿足人類工程的發(fā)展要求。因此尋求綜合性的地質(zhì)勘查成為了發(fā)展趨勢(shì)，水工環(huán)一體化的地質(zhì)勘查成為了綜合性勘察的重中之重。水工環(huán)地質(zhì)勘查是水文、工程、環(huán)境三個(gè)系統(tǒng)勘查的綜合性簡(jiǎn)稱，地質(zhì)勘查的內(nèi)容即是水文地質(zhì)情況、工程地質(zhì)特點(diǎn)、環(huán)境影響因素等等。主要是對(duì)地形地貌特征的水文工程環(huán)境因素進(jìn)行分析和研究，對(duì)其影響因素的規(guī)律性進(jìn)行控制，通常是在前期水工環(huán)理論基礎(chǔ)數(shù)據(jù)前提下，運(yùn)用適當(dāng)?shù)谋壤M(jìn)行科學(xué)驗(yàn)證，借助先進(jìn)的勘察技術(shù)和儀器設(shè)備對(duì)水工環(huán)地質(zhì)勘查指標(biāo)因素進(jìn)行分析判斷，探究影響水工環(huán)地質(zhì)勘察結(jié)果各個(gè)環(huán)境因素，分析水工環(huán)各個(gè)參數(shù)變量對(duì)整個(gè)地質(zhì)勘查工程的影響程度。水工環(huán)地質(zhì)勘查是各個(gè)工程領(lǐng)域的重要環(huán)節(jié)，是人類工程的基礎(chǔ)工作，水工環(huán)地質(zhì)勘查結(jié)果評(píng)價(jià)直接關(guān)系到人類工程的質(zhì)量，因此占據(jù)著重要的地位，有利于社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益的相統(tǒng)一，也有益于社會(huì)資源的開(kāi)發(fā)利用，發(fā)揮勘察結(jié)果在人類工程的現(xiàn)實(shí)導(dǎo)向效用。

2水工環(huán)地質(zhì)勘查的應(yīng)用領(lǐng)域

水工環(huán)地質(zhì)勘查涉及的學(xué)科內(nèi)容廣泛，涵蓋知識(shí)豐富，勘查內(nèi)容應(yīng)用領(lǐng)域全面，覆蓋面積廣，涉及到了人類工程的方方面面。隨著學(xué)科間的融合加強(qiáng)，學(xué)科弱邊緣化趨勢(shì)逐漸明顯，這就決定了水工環(huán)勘查的應(yīng)用領(lǐng)域與我們生產(chǎn)生活息息相關(guān)。在可持續(xù)發(fā)展的文明背景下，水工環(huán)的勘察在我國(guó)資源的開(kāi)發(fā)、能源的利用、工程建設(shè)等發(fā)揮著重要的基礎(chǔ)作用。具體而言，勘查應(yīng)用的范圍主要有以下幾個(gè)方面:其一，環(huán)境資源的調(diào)查。人類文明的發(fā)展與生存環(huán)境相互制約、相互發(fā)展，特別是人類活動(dòng)對(duì)環(huán)境資源的作用，資源匱乏成為了現(xiàn)如今人類文明急需發(fā)展的制約因素。因此，環(huán)境資源的開(kāi)發(fā)、利用和保護(hù)，都在水工環(huán)地質(zhì)勘查的前提下進(jìn)行。其二，城市建設(shè)規(guī)劃。城市化進(jìn)程加快，標(biāo)志性的建筑物如雨后春筍般的涌現(xiàn)，建筑工程行業(yè)得到前所未有的發(fā)展，而建筑施工的基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)是建立在勘查的前提上的，在城市的建設(shè)規(guī)劃中，水文地質(zhì)條件、自然社會(huì)環(huán)境的因素分析，直接關(guān)系建筑工程勘察的結(jié)果。其三，地質(zhì)—生態(tài)學(xué)科的應(yīng)用。學(xué)科間的交叉打破了學(xué)科界限，地質(zhì)生態(tài)學(xué)作為一門新興學(xué)科，主要研究地質(zhì)生態(tài)環(huán)境的相互制約相互促進(jìn)的環(huán)境鏈條的關(guān)系。水工環(huán)地質(zhì)勘查在這學(xué)科發(fā)展起到了積極的作用。

3水工環(huán)地質(zhì)勘查技術(shù)

3．1GPS技術(shù)

GPS信號(hào)接收機(jī)接收了GPS信號(hào)之后，應(yīng)用無(wú)線電接收技術(shù)，使用無(wú)線電接收設(shè)備把GPS信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)圖像，并根據(jù)圖像標(biāo)注各個(gè)參數(shù)。主要是在流動(dòng)站上運(yùn)用此技術(shù)，為工作人員提供定位便利，精確地計(jì)算出基站的基線向量，同時(shí)獲取基準(zhǔn)站的坐標(biāo)，根據(jù)WGS-84坐標(biāo)與地方坐標(biāo)系實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，對(duì)用戶的三維坐標(biāo)及時(shí)的計(jì)算并顯示。GPS衛(wèi)星定位的原理基礎(chǔ)是無(wú)線相應(yīng)的原理，把地面的無(wú)線電信號(hào)傳輸?shù)叫l(wèi)星，同時(shí)形成定位系統(tǒng)，地面點(diǎn)與衛(wèi)星點(diǎn)相互反映，在已知的三個(gè)地面定點(diǎn)的，判斷出衛(wèi)星的具體位置;在已知的衛(wèi)星三個(gè)定點(diǎn)位置，交會(huì)出地面定點(diǎn)的具體位置。此外，接收機(jī)接收三個(gè)衛(wèi)星位置的定位信號(hào)，根據(jù)已知的測(cè)站點(diǎn)與衛(wèi)星的距離，通過(guò)交會(huì)法計(jì)算測(cè)站點(diǎn)位置。

3．2RTK技術(shù)

RTK技術(shù)是一種降低誤差的技術(shù)。衛(wèi)星的數(shù)據(jù)存在著大量的殘余誤差，載波相位測(cè)量也有一定程度的誤差，使用系統(tǒng)差分法，用RTK技術(shù)將這些誤差降低至最小值，通常載波相位測(cè)量的誤差的控制范圍是在cm之內(nèi)。數(shù)據(jù)發(fā)送的改正和數(shù)據(jù)接收的改正分別由基準(zhǔn)站和流動(dòng)基站負(fù)責(zé)，這是該技術(shù)運(yùn)用差分法的共同特點(diǎn)。通常來(lái)說(shuō)，RTK技術(shù)要求數(shù)臺(tái)接收設(shè)備同時(shí)運(yùn)行，基準(zhǔn)站需要一臺(tái)，流動(dòng)站需要多臺(tái)，才能保證信號(hào)接收通暢。通過(guò)接收器接收衛(wèi)星信號(hào)，對(duì)比該信號(hào)與位置信息，同時(shí)通過(guò)無(wú)線傳輸設(shè)備傳輸GPS改正數(shù)據(jù)到流動(dòng)站，進(jìn)而獲取精準(zhǔn)的位置。

3．3TEM技術(shù)

該項(xiàng)技術(shù)又名瞬變電磁法，是一種綜合電法和磁法的物探技術(shù)，該項(xiàng)技術(shù)在我國(guó)的應(yīng)用領(lǐng)域并不廣泛，由于技術(shù)在發(fā)展階段，尚未形成成熟的技術(shù)工藝。電磁法勘探是運(yùn)用于具有磁場(chǎng)的地質(zhì)的勘探方法，是一種很有效的勘察方法。主要是運(yùn)用巖層內(nèi)部不同礦產(chǎn)介質(zhì)相互間的磁場(chǎng)作用，通過(guò)磁力儀感應(yīng)到巖層內(nèi)部的磁變化，運(yùn)用勘查腐蝕變形的巖石、礦床以及控礦構(gòu)造有顯著的勘察效果。瞬變電磁法勘探密度高，分辨率小，且勘察數(shù)據(jù)精準(zhǔn)。

4水工環(huán)地質(zhì)的技術(shù)應(yīng)用

日益增長(zhǎng)的能源需求加大了我國(guó)對(duì)能源礦區(qū)的開(kāi)采力度，同時(shí)建設(shè)規(guī)劃區(qū)域城市化，環(huán)境的利用和保護(hù)成了關(guān)注度高的課題。因此，實(shí)現(xiàn)土地的循環(huán)利用，正確規(guī)范地應(yīng)用水工環(huán)地質(zhì)勘查技術(shù)，確保勘查效果。

4．1實(shí)際勘查情況

在實(shí)際的水工環(huán)勘查應(yīng)用中，勘查的內(nèi)容主要集中在地下水溫、水位、地下水開(kāi)發(fā)、地形地貌、建筑工程場(chǎng)地及其周邊環(huán)境的水文、地質(zhì)情況等。分析研究影響水工環(huán)勘查的自然環(huán)境和氣候變化因素，以及結(jié)合全球性的環(huán)境問(wèn)題，分析各種環(huán)境因素之間的相互聯(lián)系，應(yīng)用GPS技術(shù)、RTK技術(shù)規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化，對(duì)勘察對(duì)象進(jìn)行控制測(cè)量，充分利用技術(shù)勘察，對(duì)勘察結(jié)果進(jìn)行數(shù)字化信息轉(zhuǎn)化，提高勘察質(zhì)量。

4．2GPS技術(shù)應(yīng)用

20世紀(jì)90年代始，GPS數(shù)據(jù)的收集方式有了極大的進(jìn)步，從單向性發(fā)展成為連續(xù)性的采集，加大了此技術(shù)在工作環(huán)境的適應(yīng)能力。特別是地震等地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)警中，采用GPS收集數(shù)據(jù)信息，并結(jié)合石油地震勘察技術(shù)，及時(shí)對(duì)災(zāi)害控制并恰當(dāng)?shù)拈_(kāi)發(fā)利用地質(zhì)能量。遙感技術(shù)也是GPS技術(shù)其中的一個(gè)分支，該技術(shù)在地質(zhì)勘查和地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警控制中發(fā)揮著應(yīng)有的作用。同時(shí)結(jié)合計(jì)算技術(shù)，對(duì)勘察圖像進(jìn)行技術(shù)分析，提高遙感圖像空間和光譜分辨率，對(duì)勘察結(jié)果的精準(zhǔn)度有較大的提高。

4．3RTK技術(shù)的應(yīng)用

GPS的位置差分、相位差分以及偽距差分的差分計(jì)算對(duì)水工環(huán)的地質(zhì)勘查有重要的影響。利用RTK技術(shù)，對(duì)這三種相位差分進(jìn)行改正計(jì)算，從而獲取準(zhǔn)確的定位信息。該技術(shù)應(yīng)用中，有以下的接收裝置要求:基準(zhǔn)站建立一臺(tái)接收裝置，流動(dòng)站建立多臺(tái)接收裝置，兩個(gè)站點(diǎn)的配合接收同一顆衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)。這樣一對(duì)多的接收配置，能夠準(zhǔn)確的獲取衛(wèi)星定位信號(hào)，獲取差分改正值。具體的地震資料的處理中，GPS資料處理是最基礎(chǔ)的處理，在最初的衛(wèi)星定位基礎(chǔ)上，并結(jié)合石油優(yōu)秀技術(shù)，進(jìn)行差分處理，由此看來(lái)，該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)與GPS技術(shù)得到融合。該項(xiàng)技術(shù)在環(huán)境的污染情況檢測(cè)，地質(zhì)災(zāi)害防御都有著重要的應(yīng)用。

4．4TEM技術(shù)的應(yīng)用

瞬變電磁法最初應(yīng)用在航空的物探中。該項(xiàng)技術(shù)的主要運(yùn)用設(shè)備是電磁儀器，利用回線影響，通過(guò)脈沖電磁波傳回地下，利用時(shí)間差發(fā)現(xiàn)磁場(chǎng)異常，特別易于發(fā)現(xiàn)二次不均勻渦流場(chǎng)。這種異常的磁場(chǎng)運(yùn)用在地質(zhì)勘查中，對(duì)特殊物質(zhì)的尋找和判斷有較大的作用。在具體的應(yīng)用中，TEM技術(shù)主要有兩種方法:垂直磁偶源和電偶源。其中垂直磁偶源在環(huán)境的地質(zhì)勘查業(yè)受到廣泛的運(yùn)用，此類電法勘察方法分辨率較其他勘察技術(shù)要高，因此對(duì)于礦區(qū)的地質(zhì)勘查有大的普適度。但是應(yīng)用電磁法容易受周邊環(huán)境的干擾，多種磁場(chǎng)相互作用容易形成煙圈效應(yīng)。

作者:任鹍翔 單位:山西省第一水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊(duì)

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