任 鹍 翔

(山西省第一水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊(duì)，山西 太原 030024)

水工環(huán)地質(zhì)勘查中的技術(shù)應(yīng)用分析

任 鹍 翔

(山西省第一水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊(duì)，山西 太原 030024)

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(lèi)工程的建設(shè)有重要的意義。

水工環(huán)地質(zhì)勘查，GPS技術(shù)，RTK技術(shù)，TEM技術(shù)

0 引言

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(lèi)工程中，前期階段的水工環(huán)地質(zhì)勘查成為了人類(lèi)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(lèi)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(lèi)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(lèi)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(chēng)，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(lèi)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(lèi)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(lèi)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(lèi)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(lèi)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(lèi)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(lèi)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(mén)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)

3.1 GPS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(hù)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。

3.2 RTK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。

3.3 TEM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?？辈樾Ч?。

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。

4.2 GPS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。

4.3 RTK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。

4.4 TEM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(lèi)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)。

[1] 李 楠,趙 丹,宋曉雨.當(dāng)前水工環(huán)地質(zhì)勘察中的技術(shù)及應(yīng)用初探[J].黑龍江科技信息,2015(29)：60-61.

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Analysis on technology application in hydro geological survey

Ren Kunxiang

(ShanxiFirstHydrogeologyandEngineeringGeologyTeam,Taiyuan030024,China)

This paper briefly described the status and application field of hydro geological survey, analyzed the characteristics of hydro geological survey GPS technology, RTK technology and TEM technology, and discussed the role of each technology in practical engineering, had important significance to human engineering construction.

hydro geological survey, GPS technology, RTK technology, TEM technology

1009-6825(2017)03-0080-03

2016-11-11

任鹍翔(1985- )，男，助理工程師

P624

A