广东河源地球物理综合实习的实践与思考

成谷

[摘 要] 地球物理综合实习是地球物理相关专业本科教学计划的重要组成部分。文章着眼于在广东省河源地区进行的地震、电法、磁法的地球物理综合实习，就物探测区和测线位置选址的重要性、物探结果分析与地质信息结合的意义、多种物探方法有效综合分析的必要性和及时进行团队分析讨论的重要性等问题进行了探讨及实践。实践表明，上述措施可有效提高学生的实习效果。

[关键词] 地球物理综合实习;教学改革;实践教学

[作者简介] 成 谷（1975—），女，黑龙江哈尔滨人，博士，中山大学副教授，研究方向为地球物理学。

[中图分类号] P631    [文獻标识码] A    [文章编号] 1674-9324（2020）39-0286-02    [收稿日期] 2019-12-08

一、引言

地球物理综合实习是地质学专业本科教学计划的重要组成部分。目的是让学生在完成地球物理学知识理论课程及地球物理实测数据采集、处理和解译实验课程的学习基础上，通过在广东省河源地区进行的地球物理综合实习，将地震、电法、磁法等多种地球物理方法测量的数据结合起来，多角度、多方位综合解译地下的地质结构。通过综合实习的实践过程，夯实学生的理论基础，启发学生针对实际问题中遇到的困难主动思考，培养学生利用理论知识解决实际地质问题的能力。综合实习使用的物探设备有高密度电法仪、浅层地震仪、探地雷达、大地电磁仪、质子磁力仪、短周期地震仪等。其中短周期地震仪可用于确定天然地震或人工诱发地震（如水库地震）的震源等信息。高密度电法仪、浅层地震仪、探地雷达、大地电磁仪、质子磁力仪等可对地下的弹性参数、电性参数、磁性参数进行测量。各种地球物理方法探测的参数不同、探测的深度不同，如何综合解译各种地球物理方法，并将其应用于解决具体而实际的地质问题，值得实践和思考。

二、广东河源地球物理综合实习的实践与思考

1.物探测区和测线选址的重要性。物探测线的选址一定要和地区的地质情况紧密结合，优选地下可能切实存在断层、溶洞、背斜或向斜等明显地质构造的地表测线，并和区域地质构造背景相结合，尽量做到选取的测线能够验证或补充测区地质构造背景。为此，实习组教师多次、多区域实地调研并详细对比分析，最终将地球物理综合实习选址在广东省河源市。河源市位于广东省东北部，区内有河源-邵武断裂带和新丰江水库。河源—邵武断裂带位于东南沿海地震带的西部，北北东走向，地震活动沿该断裂走向活跃。该区地热资源丰富，且其分布与花岗岩侵入体及河源断裂带的展布密切相关，可考虑利用浅层地震仪、高密度电法等仪器探测断层的存在位置和走向等信息。新丰江水库曾发生最大为6.1级的诱发地震，是世界上仅有的四个诱发超过6级地震的水库之一，可考虑利用短周期地震仪探测其水库诱发地震的频度和幅度。所选的其中一条测线紧邻断层破碎带，破碎带的一侧即为水库。破碎带内岩石孔隙为水充填，在电学性质上呈现低阻特征，是进行地球物理电法勘探的绝佳地点。

2.物探结果分析时一定要与地质信息结合。所有的物探方法都存在多解性。因此在对物探方法的测量结果进行分析解译时一定要考虑测区的背景地质信息，以此作为约束降低物探结果的多解性[1]。广东省河源市地球物理综合实习选取的一条测线，在其旁侧有非常明显的断层破碎带，实习过程中利用高密度电法在断层破碎带位置测到了非常明显的低阻异常。现场教学过程中，对学生发出如下提问：断层破碎带因相对疏松孔隙较大，当孔隙为水充填或空气充填时对应的视电阻率值应为高值还是低值，并分析为何在该测线断层破碎带位置对应低电阻率异常。学生结合地质信息分析发现，该断层破碎带紧邻新丰江水库，断层破碎带中的孔隙主要为水充填，因而呈现低电阻率异常。如换到其它位置测量，断层破碎带完全有可能因孔隙为空气充填而呈现高电阻率异常值。另外，要求学生从断层破碎带及两侧岩石处敲取岩石标本，后续在实验室内测量其电性参数，其数值可与高密度电法的解译结果相对比和验证。在利用地震方法进行探测时，由折射波法解译分析给出了界面位置，由面波法解译分析给出了地下的分层结果。启发学生思考：对其进行地质解释时该界面应对应怎样的地层分界。在该测线附近恰有一条地表裸露的探槽，从探槽中可清晰见到层界面的厚度及岩性，再结合收集的测区地质信息及采集的岩石样本，即可得出相对合理、准确的地质结果。

3.多种物探方法的有效综合对比。不同的物探方法测量的是地下不同的物性参数，而物性参数界面与地质界面不一定对应[2]。这给多种物探方法的综合对比增加了难度。要将多种物探方法有效地结合起来，给出最合理的地质解译结果，除了需要学生对不同物探方法的基本原理有非常扎实地掌握之外，还需对研究区的地质情况和岩石的物性参数有基本的了解。地震反射波法、地震折射波法和地震面波法同为地震方法，在综合对比时，可收集测区岩石样品的泊松比参数信息，对照不同泊松比参数时纵波和横波速度的比值系数，验证折射波解译的纵波速度参数和面波法解译的横波速度参数表征的界面位置的一致性。另外，比较反射波解译的分层信息和折射波解译的分层信息，结合面波分层结果还可判断折射波是否有漏层现象。高密度电法、瞬变电磁法、探地雷达法和大地电磁法同为电法方法，在综合对比分析时，除要考虑测区条件是否符合每种方法的适用条件进而判定该种方法解译结果的可信度外，还要将不同方法的分层结果和物性参数结果综合分析。如探地雷达法给出的主要是地下介质的垂向层界面位置信息和横向物性突变位置信息，尽管该分层主要依据介电常数的差异，但亦可以与其它电法得出的电阻率参数（数值）信息结合，辅助其进行地电断面的划分。不同的物探方法解译地下介质的深度也不同，虽说不同的方法实现了对测区岩层由浅到深的覆盖，但深、浅不同的物性参数在综合分析时亦存在难度。在综合对比时，应先收集测区的岩石分类及物性参数信息，对由浅入深的岩石种类及其对应的电性、磁性和弹性特征有基本的了解，从而在与物探解译结果对比时才能做到心中有数、有的放矢。

4.及时进行团队分析讨论的重要性。野外实习的工作相对比较密集，实习时分为两组，每组每天针对不同的测线进行不同的方法实验，之后进行轮换。若野外施工操作结束后对学生放任自流，则无疑不利于学生学习效果的巩固，因此实习团队教研组高度重视及时的团队分析讨论。在每天收工后及时组织学生对当天的数据采集和处理结果进行整理，以组会的形式进行汇报，带队老师和学生对处理结果提出质疑、建议和整改意见，每组学生对另一组学生给出经验之谈。针对每天的解译结果对实习方案进行实时调整。如在高密度电法实验中，紧邻断层破碎带的一组实验中测到了明显的低阻断层破碎带，破碎带两侧岩石的电学参数也有明显的差异，该测线的高密度电法测量结果使学生备受鼓舞，但单从一条测线上难以界定断层的延伸方向和倾向，故另一组学生从区域地质背景出发主动分析断层的可能展布方向，自告奋勇地要求在离破碎带位置较远的地方进行另一条高密度电法测线的补充测量，以期得到更有价值的地质结果。同时，一组学生在施工时所犯的错误、走的弯路及时通传给其他组同学，也可起到警示作用，节约野外施工工期、提高施工效率和质量。

三、结论

本文着眼于在广东省河源地区进行的地球物理综合实习，在实习前期注重物探测区和测线位置选址的重要性，在实习过程中注重及时进行团队分析讨论，在对实习结果解译过程中，注重物探结果分析与地质信息的结合和多种物探方法的有效综合分析。实践表明，以上举措可有效提高学生的实习效果，帮助学生将地震、电法、磁法等多种地球物理方法测量的数据结合起来，多角度、多方位地综合解译地下的地质结构，并能够针对实际问题中遇到的困难主动思考，培养利用理论知识解决实际地质问题的能力。

参考文献

[1]张胜业，潘玉玲.应用地球物理学原理[M].中国地质大学出版社，2004.

[2]雷宛.工程与环境物探教程[M].地质出版社，2006.