基础知识-地球物理勘探方法的分类和特点

(1)了解地球物理勘探的基本概念和本质；

(2)学习地球物理勘探分类方法和主要用于环境与工程地质的地球物理勘探方法；

(3)了解地球物理勘探在环境和工程地质中的应用。

通过观察和研究各种地球物理场的变化来解决地质问题的一种勘探方法，称为地球物理勘探，或简称地球物理勘探。所谓地球物理场，是指存在于地球内部及周围，具有物理效应的物理空间。比如地球内部和周围有引力的物质空间叫重力场；具有电(磁)力的天然或人造物质空间称为电(磁)场；质点振动传播的物质空间称为弹性波场。由于地壳的差异，在密度、弹性、电性、磁性、放射性、热导率等方面往往存在差异，这些差异会在空间(或时间)上引起相应地球物理场的局部变化，这种变化称为地球物理异常。地球物理勘探就是通过专门的仪器观测这些地球物理异常，获取它们的分布和形态等地球物理资料，然后结合已知的地质资料进行分析研究，推断地下地质构造，或者确定岩土介质的性质，从而达到解决地质问题的目的。

环境与工程地球物理勘探是针对工程地质、水文地质和环境地质的一套地球物理勘探方法。

物探方法在水文地质勘探中应用较早，主要任务是寻找地下水。随着人们环保意识的加强和环保工作的快速发展，环境地球物理学的研究和应用正处于蓬勃发展的阶段。地球物理方法在环境保护、环境监测和治理中发挥着重要作用，其应用将越来越广泛。寻找可用于工农业生产和生活的地下水也是环境地球物理勘探的重要任务。

工程物探，即工程中使用的地球物理勘探方法。由于现代化需要勘探地质条件，地球物理勘探具有比钻探等其他直接勘探方法更快、更经济的优点，而且有些勘探需要无损检测，使得地球物理勘探方法在工程建设中得到广泛应用，并逐渐形成一套地球物理勘探方法。

环境地球物理勘探和工程地球物理勘探在方法应用上有很多相似和重叠的地方，所以本书把环境和工程地球物理勘探放在一起讨论。

环境与工程物探是一种基于性质(密度、电、磁、弹性、放射性、热导率等)差异的探测方法。)的岩土、建筑材料等物理介质，并通过观察和研究各种自然和人工地球物理场的时空分布规律，来解决环境和工程问题。

环境和工程的地球物理方法有很多种。勘探中主要使用弹性波法和电法，也使用核物探等方法。

电法是最丰富多彩的方法。除了传统的电测深和电剖面法外，高密度电法近年来在理论和应用上都取得了很大的进展。它在剖面上采用多个间距很小的电极，快速收集。通过数据整理，可以转化为各种设备形态，映射到剖面上不同深度或平面，提高了分辨率。一些新设备增加了其勘探能力，如用于勘探洞穴顶部和底部深度的五级垂直轴测深法，以及可在几十米深度内探测几十厘米厚薄层的差分电测深法。渗透电场法探测水库大坝漏水和地下水流向是有效的，但近年来已很少使用，有必要再提一提。激发极化法是探测地下水的一种特殊方法。目前常用的是时域法，二次时差法是利用不同含水层在不同激发电流下激发极化能力不同的特点发展起来的。

除了甚低频法、音频大地电磁法、频率测深法和多频地面电磁法外，瞬变电磁法也开始出现。利用钻孔无线电波透视作为孔间岩体视吸收系数剖面进行岩溶探测，是一种广泛应用且行之有效的方法。近年来，探地雷达越来越受到人们的关注，在浅层岩溶探测中有着良好的应用前景。另外，很多地下管网勘探的仪器和方法也是基于电磁法。频率域激发极化法在地下水勘探中也有很好的实例，如双频或多频激发极化法，显示了很好的前景。

弹性波法中折射波法和反射波法仍是主要方法，浅层横波反射法等高分辨率方法受到重视。为了提高分辨率，及时现场提交成果，近年来出现了陆地最小炮检距高带宽反射连续剖面法(陆地声纳)；电声方法，如浅层地层剖面法，在勘探港口码头、桥址、海床和河底堆积层和淤积方面发挥了作用。声波法已广泛应用于岩体勘探、岩土物理力学参数测定和混凝土结构质量检测。面波勘探、钻孔透射CT和跨孔法也是有效的、有前途的方法。其中，稳态和瞬态面波勘探，利用瑞利波频散特性和面波波长与深度的相关性，在浅层勘探和洞穴勘探中取得了良好的效果，正受到人们的青睐；在桩基检测方面，利用反射波的动力学和运动学特征，形成各种特殊方法；需要指出的是，在工程物探中越来越有必要利用波的动力特性，在判断被测岩层的含水量、浆砌片石挡土墙的灌浆质量、混凝土质量的测桩等方面都有成功的经验。利用天然微震测量场地地基的振动频谱和优势周期也是建筑工程勘探的内容之一。

核物探也是一种丰富的方法，在环境和工程地质工作中经常使用放射性测量方法。在地质勘探中，地质填图和寻找断层构造常用γ测量、α卡法、α杯法和氡测量法。它用于吸收或散射γ量子和热中子，反映物质的质量、含水量和含氢量，因此是工程质量检验的好方法之一，广泛应用于混凝土质量无损检测、填筑碾压质量检验、沥青路面质量检验等。

其他方法，如高精度磁测和高精度重力测量，已成功地应用于地质填图，寻找结构和洞穴，人工埋藏物和考古。地热测量广泛应用于地下热水勘探；遥感是工程选址、寻找建筑物、动态监测滑坡、泥石流等不良地质的有效手段。利用远红外摄影和摄像机寻找松动的岩石、结构中的裂缝和积水点，近年来引起了工程界的注意。测井以及静力触探和地球物理测井技术的结合应该是环境和工程物探中的一个重要应用内容，但国内在这方面的应用和发展还不够，应该引起重视。

环境和工程物探工作通常具有以下特点:

大多数物体都是浅而小的物体。勘探深度从几十厘米到几十米不等，要求勘探分辨率高，定量解释精度高。

2)不仅要求查明勘探对象的分布规律，还要求查明单个对象(如洞穴)的空间位置。

3)与环境工程地质工作紧密结合。勘探资料往往用于设计或施工，时间联系紧密，往往使得勘探结论能够得到及时验证和反馈，对工作结论要求较高。

4)勘探对象复杂。浅层小目标规律复杂，近地面地质条件不均匀，沿水平和垂直方向各向异性严重，甚至物性参数逐渐连续变化，给资料的定性和定量解释带来许多困难。

5)要解决的环境问题大多集中在工业中心和大城市，因此经常受到人为噪音的干扰。如地下管道(线)、电缆、高压线、铁路等引起的磁干扰、电磁干扰、工业交通振动等，因此需要采取相应的有效措施抑制各种干扰。此外，环境调查中的野外工作空间(范围)通常较小，这就要求物探方法具有抗干扰性和灵活性。

目前，环境和工程物探主要用于以下几个方面:

1)区域地质调查。其目的是为区域(城市)规划提供第一手资料。其内容包括查明区内主要断裂构造、主要岩土层分布、基岩风化情况、建筑地基持力层分布、埋深、厚度及地震区划等。

2)工程地质环境调查。为选址和工程设计提供基础工程地质资料(包括结构、岩石分布、岩土力学参数等。);项目周围可能发生的地质灾害(包括滑坡、岩溶塌陷、泥石流、地下工程突水和塌陷等。)都是预测的。

3)工程施工或巷道开挖过程中的超前预报。如地铁等地下工程施工、深基坑开挖中砂层和软弱土层的勘探、坝基开挖中软弱夹层的勘探、高边坡结构裂缝和卸荷裂缝的勘探、隧道掌子面前方不良地质预报等。

4)工程施工质量和工程状态的检测。如桩基检测、隧道衬砌质量检测、混凝土质量检测、锚杆饱和度检测、地下管线勘探、隧道衬砌状态评估、大坝和水库渗漏检测等。

5)环境地质学。包括城市地下水污染、地面沉降、海水入侵、放射性污染等问题的调查和预测。

6)水资源调查。地热和场地热源调查。

7)考古和文物保护调查。

物理特性参数(即电特性、弹性、磁性、密度、放射性等。)地球物理方法用于解决环境和工程地质问题，其适用范围和适用条件大致可归纳为表0-1。

表0-1环境和工程物探方法的常用物性参数、适用范围和适用条件

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