地球物理学
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授予学位: 理学类硕士学位
专业名称:地球物理学
专业代码:070800
一级学科: 理学类   二级学科: 地球物理学

环境地球物理学在职研究生专业方法及其应用领域分析

2014-10-27 21:44:25  来源:在职研究生教育信息网

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地质体在环境发生变化时(污染破碎、挤压等),会产生相应的地球物理效应,引起各种地球物理场(重力、电、磁、热地震波放射性等)的变化,环境地球物理学就是通过对这些物理场的观测和研究来认识和解决环境问题的。环境地球物理学在研究解决环境问题时,儿乎使用了目前地球物理学的所有研究方法,其中最主要的地球物理方法按研究的物理场可分为电法磁法、重力法地热法、地震法和放射性法等。

1、电法

“电法”是电法勘探的简称。它是以地壳中岩石、矿石、流体的电、磁学性质的差异为物质基础,利用电磁场(人工和天然)的空问和时问分布规律,研究地质构造以及寻找能源和矿产等的一组地球物理勘探方法:目前,电法勘探已成为环境污染调查、监测、治理和管理中一种有效和应用广泛的物探方法电法可在航空地面和井下以及坑道等各种领域中进fT电法本身也有多种实施方案,其中包括自然电位法电阻率法、电磁法激发极化法、探地雷达法各种电测法、中雷达法、跨孔和电磁波CT技术等。

电法是环境污染调查中使用最广的地球物理方法,其主要应用领域包括:核废料库的选址、城市和工业固体废料填埋场污染调查和监皿地下水污染、海水入侵和土地盐碱化的调查,此外还包括海水污染大坝,冻土层、滑坡溶洞等环境地质问题调查如直流电阻率法在监测地下水污染,尤其是在划分咸淡水界面确定基岩储水构造、监测海水入侵的规模和范围等方面具有独特优越性。工业和生活废水以及生活垃圾工业废料、废渣等废弃物在风吹、雨淋、水解、氧化以及微生物分解等自然力作用下形成的有毒有害液体沿地面下渗,会对地下水造成严重污染这些下渗的淋滤液都含有丰富的各种离了,比较常见的有Cl . N a 、S04 、C0-HC 0;等。离了的浓度愈大,地下水的导电性愈强,电阻率就愈低,因而可以按勘探对象和条件的不同,选用相应的电阻率法进行水污染监溅再如,探地雷达,也有人称地质雷达)是一种利用高频电磁脉冲波的反射探测地下目标的方法,可广泛应用于岩溶地区堤坝坝体蚁巢溶洞、土洞等隐患探测以及高放射核废料库的选址中。

2、磁法

自然界中各种介质(固态和液态)都能产生强弱不同的磁场,污染物的介入可能会改变介质的磁化率和磁化强度,产生磁异常,通过磁力仪测定这些磁性异常和分析岩层中磁性层的分布,可以推测地质构造的分布,问接查出污染体的分布,从而达到确定污染体位置和污染规模或环境构造的目的。

环境物质的磁性主要普磁性矿物含量、磁性刁’-物晶粒特征磁性矿物类型磁性矿物的形状、磁性矿物在非磁性介质中的分散形式等的控制。环境物质中磁性矿物的来源有两种,一种是以陆源碎屑物形式从外界输入的磁性矿物,另一种是在物质形成及次生变化中形成的磁性}}一恤由外界输入的磁性矿物来源按所携带介质可分为大气输入和流水输入。通过大气降尘形式输入的物质主要有火山灰、人类活动释放到大气中的颗粒协风蚀表土和宇宙尘等。通过流水搬运的物质主要是母岩、母岩风化碎屑物、表土以及工业和生活污水排放物等磁性矿物的外源组分可以反映流域周围的自然条件及人类活动影响,通过物质磁性变化的特征往往可以追溯环境的变迁过程内源磁性矿物的重要性不仅在于它对外源磁性矿物的改造干扰作用,同时它也能极为灵敏地反映物质的形成和次生变化过程、环境的理化条件及古环境类型和古气候变化情况。

磁法在环境污染调查中的应用包括:城市大气污染调查废弃金属埋藏物研究、河流与海洋污染研究、污染历史信息研究、火山灰与风蚀研究,以及古气候变迁研究等应用领域。

3、重力法

重力法是以地下物体的密度差作为依据的一种地球物理方法地下的空洞、溶洞、裂缝以及地壳浅层隐蔽性构造活动等将造成地壳内部物质密度的不均匀分布,即产生所谓的“异常质量愧异常质量的引力场将引起地表重力场的变化,即重力异讯重力法就是通过探测和研究重力异常场来了解地球内部以及上地慢结构的地球物理方法

在重力法中微重力法具有测量精度高测量范围大等特点。该方法常常用来发现和圈定地下空洞,该法还用于探测地下沟槽、战争遗留物(炸弹)被覆盖的矿石、废弃石油管线油井套管地下油库和填土单元以及考古勘查等。

重力法以其仪器体积小携带方便野外测量简单、环境探测整体费用低等为特征但在重力法使用过程中,重力异常值的获得需对测量值经过时问变化校正、纬度校正、自由空气校正、布格校正等校准,因此重力异常值的精度常常受所采用校正值的准确度及处理方法的优劣的制约。

4、地热法

地球形成过程中,由于体积的巨大收缩和放射性同位素的不断衰变,释放出了大量的能量积聚在地球内放射性同位素的衰变目前仍是地球内部热量的重要牛产者之一.也即是地热的主要来源。地球内部的热状态在地球演化和地球动力作用的过程中起着十分重要的作甩区域范围上的地热异常与岩浆活动山脉隆起断裂活动以及地震、火山等都与深部的热过程密切相关。研究区域地热异常将有助于对上述自然灾害的预报以减少损失。而当前在环境地球物理调查研究中应用较多的却是局部地热异常的测量,其主要用来探测地壳浅层的盐丘、背斜断忌裂缝等构造的地下分布。另外,通过测量钻孔中的热导率可以监测地下流体和圈定岩性边界等

地热法通常测量的量有热流、热导率比热热扩散系数和热产量由于目前地热的直接研究还有一定的困难性,通过测量地球内部的温度,要受到井深的限制,更深的地方只能通过问接方法测量,因此地热法在环境调查中使用并不是十分广泛。

5、地震法

地震法的基础是地震波在岩石中传播的规律,而岩石自身的弹性性质决定了地震波的传播。由于自然界的地质构造运动岩浆侵入、火山喷发等自然过程以及人类活动造成岩层发生断裂破碎充填、改造等改变了原来岩层的连续性和均一性岩石的物理化学性质的变化将影响其对地震波的传播,因而在地震剖面上可以清楚的显示出这些变化,地震法在环境调查中具有勘探精度较高、效果好应用范围较广(除陆上外,还可进行水上勘探)等特点。

按地震震源的性质,可将地震法分为天然地震法和人工地震法天然地震法就是利用自然界发生地震时对地震波进行检测,对检测数据处理后可获得研究区的地震剖面图,再通过对剖面图的解译达到认识与解决待研究问题的目魄天然地震法主要用于监测大的板块运动、构造断裂带、岩层界面等。因利用的是天然震源,仅需地震前在研究区排列一定的检波器即可。天然地震法一般来说探测区域广、所需费用低,但天然地震法常常要受时问和地域的限制。目前在环境调查中应用较多的是人工地震法,其采用爆破夯击高压空气柱等人工方法激发出地震波进行环境物理调查人工震源一般产生能量较小,地震波传播范围有限,因此人工地震法主要用于岩溶与洞穴的探测,滑坡地裂、地面塌陷等突发性地质灾害的监测与防治,以及在区域范围内查清覆盖层厚度、确定基岩埋深、追溯潜水面或含水层的起伏状况等。相比之下人工地震法虽然精度较高,但却是一种比较昂贵的环境地质调查方法,因而在实际工作中一般使用较少。

6、放射性法

放射性法的实质就是通过探测放射性物质的放射强度来研究环境问题。根据研究过程中所探测的离了,将放射性法可分为a离了探测法俘射线法、Y射线法和中了探测法4种,但较常用的为Y射线法和中了探测法以几放射性法以前主要应用于地球物理测井中,用来判定地下岩性裂隙构造和地下流体运动,现在则开始广泛用于管理放射性废物和监测自然界中放射性元素的环境污染问题。对人体有害的元素可分为两大类:一类是放射性元素,如Lj Th  Rn等,对这些元素可以用放射性测量仪器进行直接测量;另一类为非放射性元素,其主要为有毒的金属或非金属元素,如As  ZnNi Cr C<I等,对这类元素可以利用人工放射性方法如X-射线荧光和活性中了分析法来探测,这两种方法都具有高的灵敏度。

当今人类所受的辐射,包括天然辐射和人工辐射两个方面。

天然辐射包括源自地球以外的宇宙射线和存在于地球本身的放射性物质形成的辐毓人类所受的辐射主要来自于天然源,特别是人类在泡沫塑料、气溶胶致冷等领域使用氟氯烃后,其泄漏到大气中造成对地球生物起保护作用的臭氧层的破坏,使得到达地球表面的紫外辐射强度增大。这些高剂量的紫外辐射会损害人类的眼瘾引起皮肤癌降低植物生长速度、破坏生态系统平衡加速塑料制品的老化,并通过抑制人体免疫系统的效率而增大疾病风险在各种放射性物质中,目前氧的危害是最大的,据美国辐射保护和管理委员会统计,国民所受的核辐射剂量当量82%来自天然源,其中5%来自氧环境大气中氧主要来自岩石、土壤中放射性元素的衰变,室内氧主要来源于地基岩石(如花岗岩)和土壤,其次为建材释放的氧等。

人工辐射主要是指人类从事核技术应用所带来的辐射。第二次世界大战后原子能工业的发展导致地表(特别是水体)放射性物质不断增多,造成放射性污染和危害。常见的人工辐射污染源有:核泄漏燃煤火力发电站形成的粉煤灰此外,还包括原油勘探开发和运输过程中产生放射性污染以及某些化肥位要是磷肥)中存在的潜在放射性污染。

利用放射性方法可以对上述两种辐射进行监测,查明人们工作和生活环境中放射性污染状况和污染源的位置,从而达到监测和预防的目的。

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