目前,我国正处于经济快速发展阶段,同时也面临着人口增长、资源短缺、生态破坏、能源危机等问题。为解决这些问题,必须坚持走经济建设与人口、资源、环境协调发展的道路,而地质工程专业在这其中就具有举足轻重的作用。
为了满足社会经济发展的需求以及人类生活的需要,国家今后仍要加大各项工程建设的力度,包括城镇建设、交通、水利、电力等。这些工程建设规模越来越大、工程结构和地质条件越来越复杂,对周围地质环境的影响也越来越严重,所面临的各种工程地质问题不断增多,难度不断增大。
金沙江白鹤滩水电站坝址区地质剖面如图1-1所示,坝址区柱状节理玄武岩与一般柱状节理玄武岩相比,特点明显,其柱状节理起伏、不规则,柱体断面不规则且切割不完全,柱体内微裂隙发育,岩体内缓倾角构造结构面也较发育,岩体完整性较差,呈断续镶嵌结构。石安池等(2008)在柱状节理玄武岩工程地质调查、岩体弹性波测试、多种现场岩体变形试验等工作基础上,系统分析了白鹤滩柱状节理玄武岩的基本力学特性和不同试验加载条件下的岩体变形机制。
图1-1 金沙江白鹤滩水电站坝址区地质剖面示意图
现在国家对于能源和矿产资源的需求不断加大,除了传统能源的开发外,还要探索新型能源,例如煤层气、页岩气等。在能源的勘探和开采过程中,就涉及找矿勘探、岩土钻掘技术以及资源安全高效开发的地质保障问题。
随着科学技术的发展,非常规能源勘探、科学钻探项目逐步增多,大口径取芯钻探技术也在不断发展与完善。松页油二井是中国地质调查局沈阳地质调查中心为探明松辽盆地白垩系青山口组泥页岩层段的页岩油赋存状况部署的一口页岩油参数井,位于松辽盆地北部古龙凹陷,设计井深2340m,全井段开展综合测录井工作,设计取芯200m。钻井取芯是此井主要工作内容之一,要求目的层取芯200m,其中密闭取芯18m。从钻井实践可以看出,KT194型取芯钻具配套孔底动力复合回转的钻进工艺能够较好地适应松辽盆地页岩油钻井取芯钻进的实际需要,适应该地区的地层特性,选用的钻进参数、钻具组合和操作方法合理,使用的KCl聚胺强抑制钻井液体系能够满足该地区使用动力钻具的需要。大口径孔底动力取芯技术的应用为其他地区页岩气、页岩油等非常规油气资源勘探取芯提供了一种成功的经验方法。
中国是世界上最早认识和开发利用煤炭资源的国家之一,煤炭一直是我国的主体能源。长期开采使得一些大型煤矿区的浅部资源逐年减少或枯竭,国内已有120多对矿井开采深度超过600m,其中70多对矿井的采深超过800m,10对矿井进入1000m以深生产。按照目前的开采强度和8~12m/a的延深速度,预计未来20年内中国大多数矿井将进入800~1500m的开采深度。我国深部煤炭资源丰富,但勘查程度低,开采地质保障薄弱。据第三次全国煤炭资源预测,全国五大含煤区垂深在 2000m以内的煤炭资源总量为55697.49亿t,其中探明保有资源量10176.45亿t,预测资源量45521.04亿t,仅华北含煤区东部山东、河北、河南、安徽、江苏、江西和山西等七省的老矿区埋深在 600~1000m的预测资源量在1822.68亿t,埋深在1000~1500m的预测资源量约为2494.11亿t。全国含煤面积约60万km 2 ,近2/3为煤田地质空白区,其中大部分是深部区。过去对煤炭资源勘查主要集中在600m以浅,深部煤矿床地质勘查工作薄弱,已知信息少,勘查思路、技术手段和方法尚不成熟,煤炭资源赋存与开发地质条件的探测模式和综合研究不够深入,深部资源勘探和开采的风险大。因此,全面认识影响深部矿井安全高效生产的主要地质因素,研究深部煤矿床勘查类型和深部矿井开采地质条件精细探查技术体系,对于制定矿区规划与深部矿井设计,保障煤矿安全高效生产和能源经济健康发展等,具有重要的理论意义和战略价值。
随着人类各项工程活动的加剧,我们赖以生存的地球所承担的负荷逐渐在加大,地质环境日趋恶劣。山体崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷等自然地质灾害及人为地质灾害频频发生,尤其是我国西南地区,严重威胁着周边百姓的生命财产安全,阻碍着社会经济的发展。评价与预测地质灾害,最大限度减少地质灾害所带来的损失,加强地质环境的保护迫在眉睫。
2008年5月12日14时28分,四川省汶川县发生里氏8.0级特大地震,截至2008年9月18日12时,共造成69227人死亡,374643人受伤,17923人失踪,是中华人民共和国成立以来破坏力最大的地震,也是唐山大地震后伤亡最严重的一次地震。由于地震主灾区位于四川西部山区,山高谷深,地质构造复杂,断裂发育,属于滑坡和泥石流等山地灾害多发区。此次地震不仅直接引发了大量的崩塌、滑坡、碎屑流等次生灾害,还进一步引发了堰塞湖和泥石流等链式灾害。祁生文等(2009)对汶川地震极重灾区地质背景进行了系统研究,并分析了次生斜坡灾害空间发育规律;黄润秋等(2009)通过灾后对地震地质灾害的现场调查和遥感解译,共获得地质灾害点11308处,对地震地质灾害发育分布有了总体认识,在此基础上利用GIS技术对地震地质灾害的分布与距发震断裂距离坡度、高程、岩性等因素的关系进行统计分析,形成了对汶川大地震触发地质灾害发育分布规律的初步认识。一系列研究成果对灾后重建、高山峡谷地震多发区的防灾减灾等具有重要借鉴意义。
国家一系列重大战略的实施也离不开地质工程专业的支撑。例如在海洋工程中,深海勘探和海底资源开发就要依靠岩土钻掘技术;正在实施的探月工程,月壤的取样等也离不开岩土钻掘技术;世界各国联合实施的大陆科学钻探更是要岩土钻掘技术大显身手。
2018年5月26日,自然资源部中国地质调查局在黑龙江省安达市松科二井工程现场举行完井仪式。松科二井于2014年4月13日开钻,历时4年多时间,完钻井深7018m,成为亚洲国家实施的最深大陆科学钻井和国际大陆科学钻探计划成立22年来实施的最深钻井。该工程攻克了超高温钻探和大口径取芯等关键技术难题,创造了四项世界纪录,取得了一系列重要成果,达到国际先进水平,在深部钻探技术和白垩纪陆相古气候研究方面达到国际领先水平。大陆科学钻探工程是一项集科学与技术于一体的综合性工程,也是多学科、多领域的系统集成。从特定意义上说,松科二井成就了一次地质领域联合攻关取得突破的典范,实现了理论、技术、工程、装备的重大突破,对拓展我国深部能源勘查开发新空间、引领白垩纪古气候研究和服务“百年大庆”建设具有重要意义。
因此,地质工程在国民经济发展中地位越来越重要,其重要作用也是其他学科无法替代的。不仅目前是这样,而且将来也一定如此,甚至随着经济的发展,其重要性只会越来越大。