環(huán)境地球物理

環(huán)境地球物理115011226姜良國(guó)后記環(huán)境地球物理環(huán)境地球物理學(xué)概述研究方法及研究領(lǐng)域發(fā)展現(xiàn)狀引言

隨著環(huán)境科學(xué)和地球物理學(xué)的發(fā)展，地球物理學(xué)在環(huán)境科學(xué)中的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展，逐漸形成了一門新的學(xué)科——環(huán)境地球物理。早在70年代，國(guó)外就有人從事環(huán)境地球物理工作。1985年美國(guó)勘探地球物理學(xué)家協(xié)會(huì)（SEG）在統(tǒng)計(jì)年度工作時(shí)，第一次把環(huán)境地球物理作為一個(gè)單獨(dú)的科目劃分出來(lái)。1988年美國(guó)的S.H.Ward教授首次開設(shè)環(huán)境地球物理課程。同年，美國(guó)召開了第一屆“工程、環(huán)境問(wèn)題地球物理應(yīng)用研討會(huì)”，并決定以后每年召開一次。在此基礎(chǔ)上，1992年成立了“國(guó)際環(huán)境與工程地球物理學(xué)會(huì)（EEGS）”，其宗旨是：推動(dòng)地球物理用于解決工程、環(huán)境問(wèn)題，提高該領(lǐng)域中地球物理研究的學(xué)術(shù)水平，促進(jìn)有志于這個(gè)領(lǐng)域研究的各國(guó)學(xué)者之間的交流與合作。1997年由中國(guó)地球物理協(xié)會(huì)、中國(guó)地質(zhì)協(xié)會(huì)、成都理工學(xué)院和物探地球物理協(xié)會(huì)等共同主辦，在中國(guó)成都召開的“工程與環(huán)境地球物理國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議”和1999年在美國(guó)舉行的AAPG年會(huì)設(shè)立環(huán)境地球物理專題更是將環(huán)境地球物理研究推向高潮。在近幾年內(nèi)相繼有多本環(huán)境地球物理方面的論著出版，如《GeotechnicalandEnvirnmentalGeophysics》（S.H.Ward，1990）、《EnvironmentalGeophysics》（DieterVogelsang,1995）、《EnvironmentalandEngineeringGeophysics》（P.V.Sharma，1997）、《EngineeringandEvironmentalGeophysicsfor21stCentury》（HeZhengua，Editor-in-Chief，1997）等。以上所有這一切標(biāo)志著環(huán)境地球物理學(xué)這一新興學(xué)科的基本形成。環(huán)境地球物理

引言研究方法及研究領(lǐng)域研究現(xiàn)狀及發(fā)展后記環(huán)境地球物理概述

環(huán)境地球物理學(xué)（EnvironmentalGeophysics）是環(huán)境科學(xué)與地球物理學(xué)相融合而發(fā)展起來(lái)的一門交叉性邊緣學(xué)科，其主要是利用地球物理學(xué)的理論和方法來(lái)研究地球物理場(chǎng)和地球物質(zhì)的物理特性與人類生存環(huán)境（包括天然和人工環(huán)境）之間的關(guān)系，這種關(guān)系既包括地球物理場(chǎng)對(duì)人類的生存環(huán)境和人體健康的影響，也包括由于天然和人工環(huán)境的變化所導(dǎo)致地球物質(zhì)特性和地球物理場(chǎng)的變化。目前，環(huán)境地球物理學(xué)已成為一門具有巨大潛在應(yīng)用價(jià)值的新興學(xué)科，被用于解決環(huán)境污染的監(jiān)測(cè)、生態(tài)環(huán)境變化預(yù)測(cè)、環(huán)境治理措施的效果檢查等方面。環(huán)境地球物理學(xué)在國(guó)外也稱近地表地球物理學(xué)（Near-SurfaceGeophysics），并以高分辨率和高精度為特征。環(huán)境地球物理學(xué)的研究領(lǐng)域涉及地球巖石圈、土壤圈、水圈和大氣圈，其目的是利用地球物理方法研究和解決與這4個(gè)圈層有關(guān)的環(huán)境問(wèn)題。目前環(huán)境地球物理學(xué)的研究和應(yīng)用主要包括以下3個(gè)方面的內(nèi)容：①研究地球物理場(chǎng)對(duì)環(huán)境和生物界（特別是人體健康）的影響；②用地球物理方法監(jiān)測(cè)環(huán)境污染及其治理過(guò)程；③用地球物理方法對(duì)資源破壞和災(zāi)害進(jìn)行監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)和治理。但也有人按所調(diào)查研究的規(guī)模和范圍將環(huán)境地球物理學(xué)的研究?jī)?nèi)容分為區(qū)域調(diào)查和場(chǎng)地調(diào)查。區(qū)域環(huán)境地球物理調(diào)查是指全國(guó)性或區(qū)域性的環(huán)境評(píng)價(jià)工作，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)整體布局及生態(tài)環(huán)境變化和環(huán)境污染的總體治理方案提供依據(jù)；場(chǎng)地調(diào)查則是為解決具體某個(gè)地區(qū)、工礦企業(yè)、工程項(xiàng)目等的環(huán)境問(wèn)題服務(wù)。

研究和解決環(huán)境問(wèn)題的方法較多，與其他方法相比，環(huán)境地球物理學(xué)方法具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，是其他方法無(wú)法替代的。具體表現(xiàn)在：①效率高、成本低。地球物理方法可以從地面遙測(cè)地下介質(zhì)特征的三維變化，而無(wú)需大量的鉆井或探槽。探地雷達(dá)、微重力等僅需幾個(gè)人就能完成以前要幾十人甚至上百人的環(huán)境調(diào)查工作，大大節(jié)約了人力和物力。適用范圍廣。除具有與其他環(huán)境監(jiān)測(cè)方法同樣的應(yīng)用領(lǐng)域外，環(huán)境地球物理方法在海上、南北極地區(qū)等環(huán)境研究中更具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。③覆蓋率大。通過(guò)鉆孔和取樣方法僅對(duì)點(diǎn)或線上的情況進(jìn)行分析，而采用環(huán)境地球物理方法卻能達(dá)到對(duì)研究區(qū)整個(gè)空間的覆蓋

研究。④無(wú)損檢測(cè)。這是環(huán)境地球物理學(xué)方法適用于對(duì)堤壩、核廢料庫(kù)等不能鉆井取樣的情況下的環(huán)境調(diào)查。⑤速度快。借助于高速計(jì)算機(jī)，使得對(duì)環(huán)境地球物理測(cè)量數(shù)據(jù)的處理時(shí)間大大縮短。環(huán)境地球物理引言概論方法及領(lǐng)域研究現(xiàn)狀及發(fā)展后記地質(zhì)體在環(huán)境發(fā)生變化時(shí)（污染、破碎、擠壓等），會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的地球物理效應(yīng)，引起各種地球物理場(chǎng)（重力、電、磁、熱、地震波、放射性等）的變化，環(huán)境地球物理學(xué)就是通過(guò)對(duì)這些物理場(chǎng)的觀測(cè)和研究來(lái)認(rèn)識(shí)和解決環(huán)境問(wèn)題的。環(huán)境地球物理學(xué)在研究解決環(huán)境問(wèn)題時(shí)，幾乎使用了目前地球物理學(xué)的所有研究方法，其中最主要的地球物理方法按研究的物理場(chǎng)可分為電法、磁法、重力法、地?zé)岱?、地震和放射性法等。環(huán)境地球物理引言概論方法及領(lǐng)域研究現(xiàn)狀及發(fā)展后記電法：“電法”是電法勘探的簡(jiǎn)稱。它是以地殼中巖石、礦石、流體的電、磁學(xué)性質(zhì)的差異為物質(zhì)基礎(chǔ)，利用電磁場(chǎng)（人工和天然）的空間和時(shí)間分布規(guī)律，研究地質(zhì)構(gòu)造以及尋找能源和礦產(chǎn)等的一組地球物理勘探方法。目前，電法勘探已成為環(huán)境污染調(diào)查、監(jiān)測(cè)、治理和管理中一種有效和應(yīng)用廣泛的物探方法。電法可在航空、地面和井下以及坑道等各種領(lǐng)域中進(jìn)行。電法本身也有多種實(shí)施方案，其中包括自然電位法、電阻率法、電磁法、激發(fā)極化法、探地雷達(dá)法、各種電測(cè)井法、井中雷達(dá)法、跨孔和井間電磁波

CT技術(shù)等。環(huán)境地球物理引言概論方法及領(lǐng)域研究現(xiàn)狀及發(fā)展后記磁法：自然界中各種介質(zhì)（固態(tài)和液態(tài)）都能產(chǎn)生強(qiáng)弱不同的磁場(chǎng)，污染物的介入可能會(huì)改變介質(zhì)的磁化率和磁化強(qiáng)度，產(chǎn)生磁異常，通過(guò)磁力儀測(cè)定這些磁性異常和分析巖層中磁性層的分布，可以推測(cè)地質(zhì)構(gòu)造的分布，間接查出污染體的分布，從而達(dá)到確定污染體位置和污染規(guī)?；颦h(huán)境構(gòu)造的目的。磁法在環(huán)境污染調(diào)查中的應(yīng)用包括：城市大氣污染調(diào)查、廢棄金屬埋藏物研究、河流與海洋污染研究、污染歷史信息研究、火山灰與風(fēng)蝕研究，以及古氣候變遷研究等應(yīng)用領(lǐng)

域。環(huán)境地球物理引言概論方法及領(lǐng)域研究現(xiàn)狀及發(fā)展后記地震法：

地震法的基礎(chǔ)是地震波在巖石中傳播的規(guī)律，而巖石自身的彈性性質(zhì)決定了地震波的傳播。由于自然界的地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、巖漿侵入、火山噴發(fā)等自然過(guò)程以及人類活動(dòng)造成巖層發(fā)生斷裂、破碎、充填、改造等改變了原來(lái)巖層的連續(xù)性和均一性。巖石的物理化學(xué)性質(zhì)的變化將影響其對(duì)地震波的傳播，因而在地震剖面上可以清楚的顯示出這些變化[8～11]。地震法在環(huán)境調(diào)查中具有勘探精度較高、效果好、應(yīng)用范圍較廣（除陸上外，還可進(jìn)行水上勘探）等特點(diǎn)。環(huán)境地球物理引言概論方法及領(lǐng)域研究現(xiàn)狀及發(fā)展后記重力法：

重力法是以地下物體的密度差作為依據(jù)的一種地球物理方法。地下的空洞、溶洞、裂縫以及地殼淺層隱蔽性構(gòu)造活動(dòng)等將造成地殼內(nèi)部物質(zhì)密度的不均勻分布，即產(chǎn)生所謂的“異常質(zhì)量”。異常質(zhì)量的引力場(chǎng)將引起地表重力場(chǎng)的變化，即重力異常。重力法就是通過(guò)探測(cè)和研究重力異常場(chǎng)來(lái)了解地球內(nèi)部以及上地幔結(jié)構(gòu)的地球物理方法。在重力法中微重力法具有測(cè)量精度高、測(cè)量范圍大等特點(diǎn)。該方法常常用來(lái)發(fā)現(xiàn)和圈定地下空洞，該法還用于探測(cè)地下溝槽、戰(zhàn)爭(zhēng)遺留物（炸彈）、被覆蓋的礦井、廢棄石油管線、油井套管、地下油庫(kù)和填土單元以及考古勘查等。環(huán)境地球物理引言概論方法及領(lǐng)域研究現(xiàn)狀及發(fā)展后記放射性法：放射性法的實(shí)質(zhì)就是通過(guò)探測(cè)放射性物質(zhì)的放射強(qiáng)度來(lái)研究環(huán)境問(wèn)題。根據(jù)研究過(guò)程中所探測(cè)的離子，將放射性法可分為α離子探測(cè)法、β射線法、γ射線法和中子探測(cè)法4種，但較常用的為γ射線法和中子探測(cè)法。放射性法以前主要應(yīng)用于地球物理測(cè)井中，用來(lái)判定地下巖性、裂隙構(gòu)造和地下流體運(yùn)動(dòng)，現(xiàn)在則開始廣泛用于管理放射性廢物和監(jiān)測(cè)自然界中放射性元素的環(huán)境污染問(wèn)題。

利用放射性方法可以對(duì)上述兩種輻射進(jìn)行監(jiān)測(cè)，查明人們工作和生活環(huán)境中放射性污染狀況和污染源的位置，從而達(dá)到監(jiān)測(cè)和預(yù)防的目的。此外，放射性法還可用于對(duì)核電站、地下埋藏核廢料庫(kù)等進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，及時(shí)防止放射性物質(zhì)擴(kuò)散引起環(huán)境污染。環(huán)境地球物理引言概論

研究方法及領(lǐng)域現(xiàn)狀及發(fā)展后記環(huán)境地球物理勘探技術(shù)的進(jìn)步和數(shù)據(jù)處理方法的提高非水相液體的研究是環(huán)境地球物理學(xué)研究的重要領(lǐng)域地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報(bào)和環(huán)境污染監(jiān)測(cè)、治理仍是環(huán)境地球物理學(xué)研究的主要內(nèi)容

特殊環(huán)境下的地球物理技術(shù)有待發(fā)展生態(tài)環(huán)境研究是環(huán)境地球物理學(xué)研究的新熱點(diǎn)環(huán)境地球物理引言概論方法及領(lǐng)域現(xiàn)狀及發(fā)展后記、

早在1955年，地質(zhì)礦產(chǎn)部、水電部鐵道部等相繼建立起了自己的物理勘探隊(duì)，并成功地將地球物理勘探技術(shù)應(yīng)用到各自的領(lǐng)域，取得了巨大的成就。在20世紀(jì)90年代以前，在我國(guó)地球物理方法主要用在工程、水文和資源勘探方面。1992年，聯(lián)合國(guó)在巴西里約熱內(nèi)盧召開環(huán)境與發(fā)展大會(huì)和隨后我國(guó)制定可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃《中國(guó)21世紀(jì)議程——中國(guó)21世紀(jì)人口、資源與環(huán)境白皮書》及提出62個(gè)優(yōu)先發(fā)展的核心環(huán)境項(xiàng)目后，環(huán)境問(wèn)題開始引起地球物理學(xué)家們的重視。為加強(qiáng)我國(guó)的環(huán)境地球物理學(xué)研究，中國(guó)地球物理學(xué)會(huì)建立了環(huán)境地球物理學(xué)委員會(huì)。在該委員會(huì)的促進(jìn)下，我國(guó)環(huán)境地球物理學(xué)在起步較晚的情況下，在某些方面仍取得了突出的成就。表現(xiàn)在：

⑴核地球物理技術(shù)的發(fā)展在國(guó)外還處于初期階段，在我國(guó)已開展了系統(tǒng)的研究，特別是在放射性污染調(diào)查方面。最近我國(guó)又在氡的遷移機(jī)理研究方面獲得重要進(jìn)展。通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)地氣中的物質(zhì)是以納米級(jí)的離子形式運(yùn)移的，并且證明氡垂直運(yùn)移能力大于水平運(yùn)移能力；同時(shí)首次提出了氡的遷移機(jī)理，指出氡和其子體或母體發(fā)生α-衰變放射出α離子（