發(fā)布時間：2023-03-16 15:54:19
序言：寫作是分享個人見解和探索未知領域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的地球物理論文樣本，期待這些樣本能夠為您提供豐富的參考和啟發(fā)，請盡情閱讀。
【論文摘要】應用地球物理是礦業(yè)類高校的一門重要必修課程。隨著煤炭系統(tǒng)對物探技術的需求與日俱增，對應用地球物理課程內容的講授提出了更高的要求。為了使學生的培養(yǎng)更加適應現(xiàn)代化技術快速發(fā)展的需要，本文通過分析目前應用地球物理課程中存在的問題，提出了一些課程教學內容改進的方法和建議，對于礦業(yè)類高校的應用地球物理課程內容具有一定的參考價值。
引言
《應用地球物理》課程是河南理工大學資源環(huán)境學院地質科學與工程系和地球信息科學與技術系以及水文與水資源工程系的必修課。該課程是一門以地球為研究對象的應用物理學，它利用物理學的力學、電學、磁學、熱學等方面的原理與方法，通過觀測和研究地球內部各部分的物理條件、物理性質和物理狀態(tài)，從時間和空間兩方面找出它們之間的聯(lián)系和規(guī)律，從而達到認識地球，借以實現(xiàn)地質勘查和找礦目標，減少地質災害[1]。
對于河南理工大學等以煤炭資源為主要主導的礦業(yè)類高校來說，本科畢業(yè)的學生大部分進入到煤炭系統(tǒng)工作，如何合理地設置應用地球物理課程內容對于學生以后所從事工作具有重要的指導意義。
1 應用地球物理課程現(xiàn)狀
應用地球物理課程主要講授內容包括以下三個部分：一是應用地球物理方法的物質基礎及地球物理場的基本概念；二是應用地球物理分析的正演方法；三是應用地球物理的各類勘探方法和應用，包括重力勘探、磁法勘探、電法勘探、地震勘探、地球物理測井和放射性勘探等。其中，第一、二部分是應用地球物理學的基礎，第三部分是課程講授的重點。
由于應用地球物理課程內容龐雜、知識面廣、理論公式繁瑣、內容抽象，學生在學習過程中普遍反映難度偏大，抓不住重點，難以理解地球物理概念。這已經(jīng)不適應當前高速發(fā)展的礦產資源開發(fā)對人才的要求。一個完整、合理的應用地球物理課程，應該同時具有理論性和實踐性。既能傳授學生相應的學科科學理論體系，又要顧及生產單位對人才的要求，要具有一定的實用性，使得學生工作后能盡快融入到工作環(huán)境中，并能把課本上的理論知識應用到實際中去，能夠解決生產單位面臨的實際問題。
目前，我校應用地球物理課程主要面臨如下的實際問題：
（1） 課程內容相對陳舊。21世紀以來，應用地球物理學科發(fā)展迅猛，各種新技術、新方法層出不窮。例如物探數(shù)據(jù)處理技術早已融合了現(xiàn)代信號處理的思想、概念和方法。而課堂上講授的仍是傳統(tǒng)數(shù)據(jù)處理內容，且部分技術方法已經(jīng)被生產單位所拋棄，學生在學校所接受的知識過于陳舊，不能滿足快速發(fā)展社會的需要。
（2） 基礎課程開設偏少，導致應用地球物理概念理解困難。應用地球物理具有廣泛的理論體系，涉及到數(shù)學、物理、電子、信號等領域。如果學生之前沒有學過這些基礎課程，在聽課時，對應用地球物理課本中出現(xiàn)的理論公式難以段時間內消化，造成學習的困難。
（3） 計算機技術對于應用地球物理來說具有舉足輕重的地位，尤其是現(xiàn)代地球物理處理技術，更是離不開計算機。例如目前絕大多數(shù)地球物理處理軟件都是基于UNIX或LINUX平臺，而學生普遍缺乏該系統(tǒng)的理論學習，與生產單位發(fā)展需求脫節(jié)。
（4） 實驗課對于學生提高應用地球物理的感性認識作用明顯，尤其是對實踐性很強的應用地球物理課來說，需要大量的實際操作才能深入理解。而目前實驗教學大多屬于觀察、驗證性類型，缺少實際地區(qū)的實際數(shù)據(jù)采集、處理和解釋的訓練，導致學生動手能力差。
2 教學內容改革探討
針對以上教學過程中出現(xiàn)的問題，結合多年應用地球物理教學經(jīng)驗，提出以下幾個課程教學內容改革的想法。
（1） 作為以煤炭為主導的礦業(yè)類高校，本科畢業(yè)的學生大多進入到煤炭系統(tǒng)工作。因此，在教學過程中，因充分考慮煤礦企業(yè)對物探技術的需求。如增強地震勘探在解決煤田構造方面的內容，以及電法勘探對煤礦富水區(qū)和采空區(qū)的探測內容，使得學生在學校所學到的知識能夠跟上現(xiàn)代社會發(fā)展的步伐。
（2） 由于課時有限，而應用地球物理覆蓋的物探專業(yè)知識領域廣泛，因此在授課過程中，應有所取舍對。對于應用面較窄的放射性勘探、地熱勘探等可作為課余了解內容，而探測效果明顯的地震勘探、電法勘探和重力勘探等需要詳細講解。
（3） 課程內容應該與時俱進，保持行業(yè)先進性。在保留傳統(tǒng)基本理論的基礎上，增加應用地球物理新技術、新方法的講解。將現(xiàn)代信號處理、計算機處理的信息傳授給學生，擴大學生的知識面，增強學生就業(yè)競爭力。
（4） 重視應用地球物理數(shù)值正演模擬。地球物理正演模擬是反演的基礎，通過正演模擬可以使得學生更好的理解地球物理場的變化特征，避免空洞的公式推導，提高學生學習的興趣，使學生更容易掌握地球物理的概念。同時，還能增強學生計算機編程能力，讓學生自己上機進行運算模擬，提高對正演模型的理解。
（5） 重視實驗課的作用。地球物理實踐性很強，應通過實驗課程加強學生的動手能力和創(chuàng)新能力，能夠使學生把書本上的理論知識和實際應用相結合。通過野外數(shù)據(jù)實際采集，提高學生對地球物理的理解，提高物探行業(yè)的感性認識。為了讓學生更好地了解物探儀器設備，河南省生物遺跡與成礦過程重點實驗室（河南理工大學）購置了國際先進的ARIES三維地震儀、V8電法勘探儀，為學生認識物探儀器提供了有利的條件。實踐證明，充分利用好實驗課培養(yǎng)學生的動手能力，對于提高學生對地球物理概念的理解作用明顯。
3 結語
應用地球物理課程對于資源勘查、地質等本科專業(yè)是一門非常重要的基礎課程，是煤礦企業(yè)的一項重要的技術手段。作為培養(yǎng)人才的礦業(yè)類高等院校，應注重學科發(fā)展的動向，保持與實際生產密切結合，避免理論與實踐脫節(jié)，為培養(yǎng)新世紀人才不斷努力。
應用地球物理是實踐性很強的一門課，在課程學習過程中，實踐教學對學生認知地球物理是一個不可缺少的重要環(huán)節(jié)。通過實踐教學，使得學生把課本上說學到的理論知識和實踐應用相結合，培養(yǎng)學生的實際操作能力。
參考文獻
[1] 賴旭龍，金振民，國外地質類專業(yè)課程體系研究[M].武漢:中國地質大學出版社，2002
[2] 張平松，劉盛東.地球物理勘探課程設計性綜合性實驗實施與思考[J].中國地質教育，2005(4):97-99
專業(yè)課程的安排和設置
地質學專業(yè)設置的大體思路與其他專業(yè)并無太大差異，大一大二年級為基礎課，大三大四為專業(yè)主干課。理工類課程中的數(shù)學基礎――高等數(shù)學、線性代數(shù)、概率論與數(shù)理統(tǒng)計自然是不可少的；專業(yè)課除了地球化學方向以外，其余領域都有涉及，如古生物與地層、巖石與礦物、構造、礦床、地球化學等方向。
通過專業(yè)基礎課的學習，我們能夠建立起系統(tǒng)的地球科學思維。在基礎課學習之后，我們可以對常見巖石礦物進行鑒定，了解不同巖石礦物性質，對不同地層的形成環(huán)境進行復原。了解地球表面滄海桑田的變化歷程與變化機制。這些專業(yè)基礎課不單單是為后面的專業(yè)主干課提供知識儲備，同時可以為我們今后走上工作崗位提供技術支持。
專業(yè)主干課主要是地球物理探測方法與能源、固體礦產勘查理論課程。地球物理探測方法包括重力、地磁、地震、地電射、放性和測井等方法，是不是看上去很高端？在學習了專業(yè)基礎課和地球物理勘探方法之后，我們知道了形成礦產的環(huán)境，就能通過各種辦法尋找豐富的資源。
專業(yè)實習是我們地球科學課程的特色?！凹埳系脕斫K覺淺，絕知此事要躬行”。書本上的知識掌握透徹是不夠的，只有大自然這本天然的教科書才能讓我們領略到地球科學的博大精深。
實習是地質學子的必經(jīng)之路
北戴河地質實習、周口店地質實習、生產實習、畢業(yè)論文實習，一系列的專業(yè)實習課大大開拓了我們的視野，因而掌握地球科學在野外實際過程的應用是很必要的。地球科學是一門實踐性的學科，而且由于專業(yè)性質，常常有與大自然“親密接觸”的機會。很多同學因為害怕出野外而對地球科學敬而遠之。對于這一點我不否認，因為盡管跋山涉水肯定比端坐在電腦前享受著冷氣辛苦很多，但現(xiàn)在很多“驢友”背著包野外遠足不也是回到自然嗎？
在就業(yè)方面，我們專業(yè)應用領域較寬。近些年來，我國越來越重視地質災害的防治與善后。所以，防震減災單位也需要大量地球科學人才。大型工程建設，如水庫、鐵路、地鐵等的建設，也需要地球科學從業(yè)人員進行選址考察等。
關鍵詞：地熱勘查 物探方法
中圖分類號：E951
一、前言
地熱能是賦存于地球內部一種巨大、寶貴的礦產資源，它是一種綠色環(huán)保、經(jīng)濟高效的新型能源。具有投資少、見效快、使用方便、節(jié)能環(huán)保等特點，開發(fā)利用前景廣闊。運用綜合物探方法對地熱資源進行勘探，可以避免單一物探方法的局限性，提高勘探精度。相信綜合物探方法在今后地熱資源勘查中的應用會更多，效率和精度也會有很大提高。
二、地熱概況
地球內部蘊藏著巨大的自然能源――地熱能，它通過火山爆發(fā)、溫泉、噴泉以及巖石的熱傳導等方式源源不斷的向地表傳送和散失?；鹕絿姵龅臒霟岬膸r漿或從地下涌出或噴射出的熱水和蒸汽，都是巨大的載熱體，它們不斷地將地球內部的熱能帶到地表。地球每年通過地表傳輸?shù)目偀崃亢艽?，但是在有限的地區(qū)內不僅很小，而且很分散，目前的技術經(jīng)濟條件尚無法抽取和利用，因此還不構成資源。自然界中有一些過程能夠使地球內部熱量在有限的地域內富集，并且達到人類能夠經(jīng)濟開發(fā)利用的程度，這種熱量便構成了地球資源或地球能源。
三、物探方法分類簡介
目前，地球物理勘探方法很多，根據(jù)工作空間的不同，可分為地面物探、航空物探、鉆井物探及測井等。
測井是應用地球物理方法來研究鉆孔地質剖面，解決地下地質技術問題的一門技術，包括視電阻率、側向、自然電位、自然伽瑪、密度、聲波、中子、產狀、井徑、井斜、井溫、水文流量、核磁共振、微測井、伽瑪能譜、壓力、感應、成像測井等幾十種方法。
地震是以研究地震波在地殼內的傳播規(guī)律，達到查明地下地質構造和尋找有用礦藏的勘探方法。近年來，地震技術發(fā)展很快，有反射波法、透射波法、折射波法地震，有二維、三維地震，有高分辨率、微地震，有淺層、深部地震等，處理方法較多，不但精度高、速度快，而且處理手段靈活多樣。
電法是以研究地下各種巖層電性的差異為依據(jù)，尋找和勘探礦藏、探測地下水、解釋地質構造等，有電測深法、自然電場法、充電法、電測剖面法、瞬變電磁法、電偶源頻率測深法、電磁測深法、感應法及高密度電法等。
重力和磁法除傳統(tǒng)方法外，還有高分辨率、高精度重力和磁法物探方法。重力資料多用于區(qū)域構造單元的劃分、斷裂構造空間展布的確定及盆地基底起伏及其性質的研究工作。利用磁法可探測礦藏，確定隱伏巖漿巖體的分布、厚度及與斷裂帶的關系，確定水熱蝕變帶位置。
遙感可得到衛(wèi)星圖像或航空圖像，通過對不同種類、不同比例尺、不同時相的航空航天遙感圖像進行地質解譯，判斷地貌、地層、地質構造，尋找礦藏和探索水文地質條件，還可判斷地面泉點、泉群和地熱溢出帶。
各種物探方法從空中、地面、地下不同角度組成了立體陣容，這種特殊的組合方式?jīng)Q定了物探方法必須要綜合考慮、分析和研究解釋。在地熱資源勘查中，物探工作是其重要組成部分。地熱資源勘查應視情況采用綜合物探方法進行，以避免采用單一方法在深度、廣度、精度方面的影響。因為單一物探方法有時具有多解性，如高溫熱水和蝕變礦物都能引起低阻，高溫熱流體視電阻率低，但視電阻率低的地方不一定都有高溫熱流體等；而通過綜合物探可獲得地質構造條件、熱儲賦存范圍、地下水補給關系及空間位置等資料。為了更好地查明地熱田的地質條件、熱儲特征、地熱資源量，評價開采技術經(jīng)濟條件，在地熱資源勘查中對綜合物探工作應給予足夠的重視。
四、地熱物探評價方法的應用
地熱勘探中，幾乎所有的物探方法都可以考慮部署的。但是，不同的地熱田，由于地質條件、熱儲結構、成因類型、地熱液體的化學成分等不同，其物探異常的客觀反映也必然有所差異，對物探方法的選擇和異?，F(xiàn)象的解釋也有所不同，不能照搬某一種模式，而應根據(jù)實際情況，合理地選擇適合勘探區(qū)的物探方法組合系列，才能使所獲成果達到預期的目的。并且在新的地熱田勘查中，綜合物探工作應優(yōu)先開展。
五、物探方法組合在地熱勘查中的應用
地球物理勘查工作是通過不同的物探方法對一個地區(qū)進行平面測量和垂向測量，在野外試驗及資料總結分析的基礎上了解地質體平面和垂向的特征。一般在地熱資源預可行性勘查和可行性勘查階段進行，勘查范圍應包括相關的構造單元并結合地熱鉆井的井位確定。
平面測量一般是測量天然物理場，如重力、磁法和電法，其接收的是穩(wěn)定的場值，在一個測點上只有一個數(shù)值，一般要有地面上多個觀測點才能反映出物理場的分布特征。在一條線上的觀測值組成剖面曲線，由多條平行的剖面可以組成平面數(shù)據(jù)。測深方法如人工地震、電法和面波測深等，一般要建立一個變化的人工場，在原地布一個接收系統(tǒng)來了解地下不同深度的物理量，即得到一條垂向剖面。
地熱物探工作需要多種方法組合完成，特別是要根據(jù)地質任務合理選擇不同方法進行組合。具體方法的選擇要考慮目的層的物理前提，即目的層與其他層的物性差異，這個差異要足夠大，能反映到物理場中被儀器觀測到。
地球物理勘查工作的任務是初步查明：①圈定地熱異常范圍和熱儲的空間分布特征；②確定基底起伏及隱伏斷裂的空間展布；③確定勘查區(qū)的地層結構，熱儲層的埋藏深度。鑒于這些地質任務，參考研究區(qū)的工作成果和其他資料，對比分析各種方法在不同地熱田的應用效果，結合地熱田地球物理特征，建立本區(qū)地球物理勘探方法組合。
六、總結語
地熱的開發(fā)帶來巨大的經(jīng)濟效益讓很多投資者趨之若鶩，與此同時地熱的勘查具有很大的風險性，投資大、成本高也令很多投資者望而卻步。我們在地熱勘查中應該采用最有效的方法，采用新技術新方法節(jié)省經(jīng)濟成本，開發(fā)利用地熱資源。
參考文獻：
1、黃健良 吳波 邵月中，淺談綜合物探方法在地熱勘查中的應用[J]，科技信息，2009年第18期
2、肖爭光，綜合物探方法在地熱勘查中的應用[J]，城市建設理論研究，2012年第38期
英文名稱：Geological Review
主管單位：中國科學技術協(xié)會
主辦單位：中國地質學會
出版周期：雙月刊
出版地址：北京市
語
種：中文
開
本：大16開
國際刊號：0371-5736
國內刊號：11-1952/P
郵發(fā)代號：2-382
發(fā)行范圍：國內外統(tǒng)一發(fā)行
創(chuàng)刊時間：1936
期刊收錄：
CA 化學文摘(美)(2009)
CBST 科學技術文獻速報(日)(2009)
Pж(AJ) 文摘雜志(俄)(2009)
中國科學引文數(shù)據(jù)庫(CSCD―2008)
核心期刊：
中文核心期刊(2008)
中文核心期刊(2004)
中文核心期刊(2000)
中文核心期刊(1996)
中文核心期刊(1992)
期刊榮譽：
中科雙效期刊
聯(lián)系方式
英文名稱：Journal of Xi＇an Shiyou University(Natural Science Edition)
主管單位：陜西省教育廳
主辦單位：西安石油學院學報
出版周期：雙月刊
出版地址：陜西省西安市
語
種：中文
開
本：大16開
國際刊號：1673-064X
國內刊號：61-1435/TE
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發(fā)行范圍：國內外統(tǒng)一發(fā)行
創(chuàng)刊時間：1959
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CA 化學文摘(美)(2009)
Pж(AJ) 文摘雜志(俄)(2009)
核心期刊：
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Caj-cd規(guī)范獲獎期刊
聯(lián)系方式
英文名稱：Natural Gas Geoscience
主管單位：中國科學院
主辦單位：中國科學院資源環(huán)境科學信息中心
出版周期：雙月刊
出版地址：甘肅省蘭州市
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種：中文
開
本：大16開
國際刊號：1672-1926
國內刊號：62-1177/TE
郵發(fā)代號：54-128
發(fā)行范圍：國內外統(tǒng)一發(fā)行
創(chuàng)刊時間：1990
期刊收錄：
CA 化學文摘(美)(2009)
中國科學引文數(shù)據(jù)庫(CSCD―2008)
核心期刊：
中文核心期刊(2008)
期刊榮譽：
Caj-cd規(guī)范獲獎期刊
聯(lián)系方式
滕吉文院士給記者的第一印象就是謙和恬淡、睿智儒雅，盡管已83歲高齡，但精神依舊矍鑠，雙眼仍然炯炯有神……
寄語“科學科普”
“人活在這個世界上，最大的目的我認為是付出，而不是索取，只有付出才能讓人感到快樂和幸福。”滕吉文告訴記者。為了保證自己內心的平靜，滕吉文給自己下了一道“緊箍咒”，每一年他都要達到自己定下的目標。在學術上，“每年都要有新的認識和成果！”除了推進學科進展，肩負國家科學研究項目，他還以身作則，每年都要求自己寫出兩篇以上、達到SCI檢索級別的論文。
此外，滕吉文還特別注重學生的思想品德教育，“如果一個人有幸做科學工作或教育工作，必須要樹立起全心全意為人民服務的思想”。在社會上，“盡我所能做一些事情”。
每年，滕吉文都會抽出自己為數(shù)不多的假日去小學、中學、大學進行科普講座，今年他還接受了《十萬個為什么》的邀請，擔任編委?！翱茖W與科普是分不開的，我不可能有太多時間做科普，但哪怕我做了一點點，能夠激發(fā)孩子們對科學的興趣，就很讓我高興了，因為他們是國家科學的未來?！?/p>
滕吉文在小學進行科普活動的報道時不時地就會見諸報端，活動現(xiàn)場，總能看見他面帶笑容，耐心給孩子們講解那些淺顯的地震、物理知識，從他的眼神中就可以看出，他對孩子們的那份期待與對科學科普的熱愛。但如果因此而認為他“很好說話”，可就錯了，滕吉文也有他“冷峻”的一面。
滕吉文不用手機，如果聯(lián)系他要打家里或者辦公室電話，他對此解釋道：“原來用過，但是每到項目和院士評審時，各種電話就打爆了?！边€有一種電話也數(shù)不勝數(shù)，就是來自各種企業(yè)的邀請，向他承諾超高的年薪與超大的住房。因此，不勝其煩的滕吉文，干脆把手機棄用了。
寄語“科技教育”
滕吉文的童年是在戰(zhàn)火紛飛中度過的。之后，他跟著家人走遍了黃河長江，到處流浪逃亡。目睹國難，幼小的滕吉文特別想扛起槍去打仗，但是后來他明白了，只有科技發(fā)達了，祖國才能強大?！八阅菚r我就立下志向：長大一定好好讀書，發(fā)展我國的高科技，讓敵人不再侵犯祖國。從此，我對科學產生了強烈的好奇心，并一直追尋初心，刻苦讀書……”斑白的頭發(fā)、深邃的目光、洪亮的發(fā)言，滕吉文的報告，道出一位老科學家對科技教育未來發(fā)展的殷切期望。
當下，科技教育工作者需要思考的是，為兒童創(chuàng)設良好的探索氛圍，在此基礎上才可能解放孩子的創(chuàng)造力，激發(fā)孩子對科學的興趣和熱情。而教育的責任，就是讓孩子們理解一閃而過的靈感火花，使其從小就成為一個有思想的人。只有創(chuàng)新才能發(fā)展，提出問題也往往比解決問題更重要。滕吉文院士還提出了面對第六次工業(yè)革命，教育工作者應該如何迎接這個巨大挑戰(zhàn)的問題。如今中國科技的發(fā)展日新月異，正在為轉型進入創(chuàng)新型國家的目標而努力奮斗，但中國在上天、下海、入地的環(huán)節(jié)上，仍有很長的路要走。強化基礎研究，奮進創(chuàng)新，當代的少年對此責無旁貸。
“世界是你們的，也是我們的，但是歸根結底是你們的。少年兒童好像早晨八九點鐘的太陽，希望寄托在他們身上……”談及未來，滕吉文院士意味深長。
寄語“山西發(fā)展”
滕吉文院士參加工作至今，50多年來一直奮斗在巖石圈物理與地球動力學的第一線，為地球物理學這一邊緣和前緣學科的發(fā)展積極努力。他曾主持了青藏高原、攀西構造帶、華北及陸緣、華南地區(qū)、西北造山帶與沉積盆地等多項國家和院（部）級重大與重點研究項目及國際合作項目，并均取得一批高水平的成果，得到國內外專家們的高度評價。
他集野外觀測、資料處理、分析解釋和方法研究于一體，開展地質、地球化學與地球物理信息的高層次綜合研究。在小角度近垂直深反射、中國典型地質構造區(qū)巖石圈物理與大陸動力學、造山帶和油氣盆地的深部構造背景、地震“孕育”的深部介質和構造環(huán)境、復雜介質與結構中地震波動理論與數(shù)字仿真等領域內開展了一系列有創(chuàng)新性的研究與探索。
“山西作為能源大省，一定要抓住國土資源部下放煤層氣礦藏審批權這一大好時C，抓緊把煤系‘三氣’問題提上日程，依靠山西省煤炭地礦局、地質局加快煤系‘三氣’共生共采建設，加大煤層氣開采深度。在地熱資源利用方面山西省也是有潛力的，可以利用先進設備，利用院士工作站和山西煤炭廳的關系，更好地把‘深部’問題推向前沿，作為山西長遠的發(fā)展方向。山西不僅是一個煤炭大省，也是其他礦產資源大省，長期高強度的開采讓山西付出了慘痛代價。因此，大力開展全省煤炭區(qū)沉降的監(jiān)測、全省煤炭采空區(qū)治理、煤炭沉降區(qū)生態(tài)恢復工作十分重要。要科學合理地進行頂層設計，這樣才能達到開放、協(xié)調、綠色、共榮……”滕吉文院士在給山西政府的建言中如是說。
寄語“地心之旅”
關鍵詞：深埋地下管線精確探測、磁梯度測量定位技術
中圖分類號：TU279文獻標識碼： A
Magnetic gradient method in large buried depth of the application of the underground pipeline detection
Abstract: urban underground pipeline is an important infrastructure. Deep underground pipeline accurate detection has been pipeline detection areas of emphasis and difficulties. This paper discussed and analyzed magnetic gradient method for detection of deep buried underground pipeline principle and construction method.
Keywords: deep underground pipeline accurate detection, magnetic gradient measurement positioning technology
1、前言
地下管線是城市重要的基礎設施。隨著我國城市建設的日益加速和工業(yè)建設的大力進行，大量的管線被以直埋、頂管等各類方式鋪設于城市地下空間。由于城市淺層空間日趨飽和，以及避讓障礙物、規(guī)避不利地形等原因，地下管線的鋪設已日趨向深部空間發(fā)展。
大部分管線施工單位在建設過程中，因為施工管理問題，或因施工環(huán)境、技術條件等的限制，不能對新建管線進行竣工測繪，多數(shù)管線空間位置信息缺失，給后續(xù)工程建設及管線安全運行埋下了重大隱患。
因此如何對深埋地下管線進行精確探測，是擺在所在所有管線探測工作者面前的重點和難題。
我院（寧波市測繪設計研究院）在長期工作實踐中，逐漸摸索總結出多套有效探測深埋地下管線的方法。
本文將以磁梯度法為例，著重介紹該法在深埋地下管線探測中的應用。
2、磁梯度法原理
2.1地下管線的磁場
地下鋪設的鋼管或鑄鐵管等金屬管線，一般具有較強的磁性。地下管線在走向上，埋深變化不大，因此地下鐵磁性金屬管線形成的磁場近似于無限長水平圓柱體的磁場。半徑為r,水平截面積為S,磁場強度為j的管線，在垂直管線走向的地表剖面上，磁場的垂直分量Z。水平分量H可表示為
式中，M=j.S為有效磁矩，i為有效磁化傾角，有效磁化強度j是磁化強度J在觀測平面內的投影。
設管線走向與磁化強度在地表面的投影之間的夾角為A，磁化傾角為I,有效磁化強度j和有效磁化傾角i的表達式為：
總磁場異常
當有效磁化強度傾角i=90°，及當管線走向為南北走向時，各磁場分量的表達式可簡化為
這時 T與Z曲線形態(tài)相同，只有的系數(shù)差。當管線垂直磁化（i=90）時，T=Z。無限長水平圓柱體的Z、H、T曲線如下圖所示：
2.2地下管線的磁場梯度
磁場梯度是磁場在空間的變化率。
根據(jù)地下管線的垂直磁場垂直梯度Z和水平梯度H,很容易導出，
，即水平磁場的垂直梯度等于垂直磁場的水平梯度，水平磁場的水平梯度等于垂直磁場負垂直梯度。
根據(jù)磁場總量的垂向梯度和水平梯度的表達式可以發(fā)現(xiàn)，磁場梯度比磁場強度的分辨率高。
金屬管線在垂直剖面上的Za梯度理論變化曲線
通過鉆孔的手段將磁力梯度儀下到鉆孔內，由上而下測量鐵磁物質在垂直方向上的Za曲線變化，可以得到較理想的效果。上圖為金屬管線在垂直剖面上的Za梯度值的理論變化曲線。
由上圖可以看出，在接近金屬管的鉆孔內，Za梯度值隨深度的變化非常明顯，在接近鐵磁物質的深度位置，梯度值變化強烈，猶如一個“S”型。在稍微遠離鐵磁物質的鉆孔內，梯度值的變化幅度相應減小。
3、施工方法
（1）布設鉆孔斷面；
斷面布設原則：①在地下管線探查中，為了提高效率、保證探查效果，一般采用剖面測量方式，沿剖面布設測線，測線可長可短，間距、方向都可靈活安排；②測線方向要與管線延長方向垂直；③線距大小要根據(jù)地下管線埋深和方向的變化等因素綜合考慮。線距一般為幾米到幾十米之間；對于管線比較平直的地段，線距可放寬到100米以上；④點距的大小要根據(jù)管徑的大小、預計埋深和探測精度要求綜合考慮。埋深淺，點距要適當減??；埋深大，點距可適當放大。一條剖面上的點距也可以不等，在管線上方附近，點距可加密，兩側的點距可放寬，既可以保持曲線的完整性，也保證精度，提高效率。
（2）鉆孔定位：鉆孔前利用全站儀采用極坐標法對擬鉆孔點放樣定位，在定位點處實地鉆孔；
（3）垂直度校正：鉆孔的垂直度是準確探測地下管線的關鍵，在開始鉆孔前，使用2臺全站儀以鉆桿為中心成90度角，對鉆桿垂直度進行校正，并在鉆孔過程中對鉆桿垂直度進行實時校正；
（4）鉆孔：按照設計孔位位置，實施鉆孔。由于天然氣管道的未知性，為了避免鉆機直接鉆到天然氣管道，鉆孔順序嚴格執(zhí)行從外側開始，向中心逼近的原則，當某一個鉆孔有障礙物的反應，停止探測。鉆孔采用水沖法成孔，即通過高壓水的反復沖孔而成，即使觸及管道，也不會破壞天然氣管及其外包防腐層；
（5）下套管：鉆孔鉆好后，將合適管徑的的PVC管下至孔中，管底封閉，在下套管過程中，邊下邊注入清水，防止PVC管上浮，管子接頭處用無磁性螺絲固定，避免探測時產生干擾；
（6）磁梯度探測：將磁梯度儀的探頭放到PVC管內，從孔底開始以0.10m的間隔依次往上測量各點的磁梯度值，到達孔頂后再向下以0.10m的間隔依次往下測量各點的磁梯度值來進行驗證；
（7）孔位及孔口標高測量：所有測試工作完成后，對斷面的所有鉆孔進行孔位以及孔口標高的測量；
（8）依此類推，完成各設計斷面的探測工作；
（9）異常推斷解釋。
在現(xiàn)場獲得磁測資料后，要對磁異常進行分析，確定場源的分部形式這就是磁測結果的推斷解釋。推斷解釋的目的，就是根據(jù)測區(qū)內磁異常的特征，結合已知的地質資料、物性資料，消除干擾，確定地下管線的空間位置，包括水平位置、埋深、走向，有條件時還可估算管徑大小。
金屬管線在垂直剖面上的Za梯度實測曲線
磁異常的推斷解釋一般分為定性解釋、定量解釋和定量計算。定性解釋的任務是要在錯綜復雜的實測資料中，排除干擾，發(fā)現(xiàn)規(guī)律，從干擾背景磁場中，正確識別出由地下管線引起的磁異常，并大致確定地下管線的走向和埋深。定量解釋的任務是選擇正確的計算方法，定量計算出地下管線在地表投影的確切位置和埋深。
四、結語
地下管線的安全運行涉及到國家的安全穩(wěn)定，涉及城市的整體運行，涉及到千家萬戶、各行各業(yè)的切身利益。
通過我們長期實踐，該方法已經(jīng)越來越多的在深埋地下管線探測工程中得到運用，事實證明該方法理論完善、技術合理，可以有效解決鐵磁性深埋管線探測難題。
參考文獻：
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