物探方法的分类 地面物探方法

地球物理勘探（简称物探）是用物理方法找水、找矿的一种重要的地质勘探手段。它是以地下岩（矿）石间存在物理性质差异为基础，用物探仪器观测天然或人工物理场的分布，用以研究地质构造，寻找地下水源和矿产，以及解决其他地质问题的一门学科。不同的岩（矿）石具有不同的物理性质，例如磁铁矿具有很强的磁性，金属硫化物矿具有明显的良导电性和电化学活动性，各类岩（矿）石间都存在密度差异等。这些物理性质的差异能引起天然物理场（如磁场、电场等）或人工物理场的分布差别（称为物探“异常”）。用物探仪器测得异常，并研究物探异常与被探测对象间的内在联系，从而能解决一系列找水和地质问题。

由于岩（矿）石物理性质的多样性，用于地质研究的物探方法很多。根据岩（矿）石的物理性质，可对物探方法进行分类。主要水文物探方法的分类与应用见下表。

主要水文物探方法的分类与应用简表

续表

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对表中几种主要水文物探方法的实质解释如下。

（一）电法

电法勘探在水文工程地质调查中应用广泛，效果良好。电法勘探是利用岩（矿）石间电学性质的差异，观测和研究人工或天然电磁场的空间和时间分布规律，进行找水、找矿、解决其他地质问题的一类物探方法。岩（矿）石的电学性质主要有导电性（电阻率ρ）、电化学活动性（激发极化特性和自然电位跃变）、介电常数（ε）和导磁性（磁导率μ）。电法具有利用的物性参数多、场源和装置形式多、观测要素多以及应用范围宽等特点。针对不同的地质任务，为适应不同地质条件，电法勘探形成了许多分支和变种。

（二）地震法

地震勘探是以岩石间的弹性差异为基础，分析地震波在岩石中的传播规律，用以查明地质构造和解决水文工程地质问题的一种物探方法。地震波由震源点出发向下传播过程中，遇到有波阻抗差的分界面时产生反射和折射，并传播到地面。用地震仪按时间序列记录返回地面接收点的地震波，用计算机计算弹性波在地层中传播的速度，计算岩层的产状和埋深，并推断地质结构。地震勘探在水文工程地质勘查中，主要用来研究地质剖面和构造，确定含水层的分布和岩土物理力学性质等地质问题。地震勘探广泛用于寻找油、气和煤田构造。

（三）放射性法

放射性探测是基于岩（矿）石的天然和人工放射性强度，来寻找有用矿产、找水、研究其他地质问题。岩（矿）石或多或少地含有微量的天然放射性元素；岩石中的放射性元素在不同的物理化学条件下经地下水的长期作用，将发生迁移和富集；不同地质体在人工放射线照射下的反应也不同。这些都为放射性测量寻找有用矿产、探测地下水源以及研究其他地质问题提供了物理前提。

（四）地热法

地热能由地球内部源源不断地向地表传导，形成天然地热场。地热探测法以岩石热传导性质的差异为基础，通过测量并研究天然热场的分布规律，来推断地质构造和解决水文地质问题。岩石中温度异常的形成取决于岩石的温度特性和构造，并在很大程度上与地下水的运移特性有关。充满于空隙和裂隙中运动着的地下水，能加速地热能的对流和迁移，从而形成热异常，地温测量是一种有效的水文地质调查方法。

（五）磁法

自然界岩石和矿石常常具有不同的磁性，使得电磁场在局部地区产生变化，出现磁异常。利用磁法勘探，发现并研究磁异常，可以寻找有用矿产、推断地质构造。磁法勘探可以追索圈定赋水花岗岩风化裂隙带和断层破碎带。微磁测量可以寻找挡水岩脉，圈定火成岩体强风化壳的分布范围。磁法勘探主要用来预测与区域水文工程地质有关的地质构造和深部断裂。

（六）重力法

重力勘探是以岩（矿）石的密度差异为前提，用高精度重力仪测量地面的重力异常，来调查地质构造和矿产分布。局部地质体的密度与围岩有差异时，重力分布与区域正常重力分布产生偏差，它与地壳上层构造和有用矿产有关。重力勘探可用于寻找金属矿产、预测油气及煤田构造、寻找地热与地下水。在有利的条件下，高精度重力测量可以推测溶洞的位置。重力勘探主要用来预测与区域水文工程地质有关的地质构造和深部断裂。

（七）遥感法

遥感技术属于特高频电磁法，以摄像方式为主，目前主要应用航空照片（简称航片）和卫星图片（简称卫片）进行判释，信息量丰富、视域广阔、效率较高。它对水系分布反映清晰，对地貌反映清楚，对岩脉和破碎带都有清晰的反映。因此，遥感方法适用于圈定山前冲洪积扇并分析河网与古河床的范围，以及划定裂隙位置，便于寻找裂隙水。

按照不同测量空间，物探分为地面物探、地下物探、航空物探等。地下物探主要在钻孔和坑道中观测。在钻孔中进行的各种物探测量总称为地球物理测井，其主要任务是研究井壁周围岩层的状态和性质，划分钻孔地质剖面和了解地下水的活动规律。

预备知识一 物探方法分类和特点~

任务描述
（1）了解物探基本概念和物探的本质；
（2）学习物探分类方法和主要用于环境与工程地质的物探方法；
（3）了解物探在环境与工程地质中的应用。
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查方法称为地球物理探测，简称物探。所谓地球物理场，是指存在于地球内部及其周围的、具有物理作用的物质空间。例如，地球内部及其周围具有重力作用的物质空间，称为重力场；天然或人工建立的具有电（磁）力作用的物质空间，称为电（磁）场；质点振动传播的物质空间，称为弹性波场等。因组成地壳的不同，岩土介质往往在密度、弹性、电性、磁性、放射性及导热性等方面存在差异，这些差异将会引起相应的地球物理场在空间（或时间）上的局部变化，这种变化称为地球物理异常。物探就是通过专门的仪器，观测这些地球物理异常，取得它们的分布及形态等有关地球物理资料，然后结合已知地质资料进行分析研究，推断地下地质构造，或确定岩土介质的性质，从而达到解决地质问题的目的。
环境与工程物探是用于工程地质、水文地质及环境地质有关问题的一套地球物理勘查方法。
物探方法较早用于水文地质勘探，主要任务是寻找地下水。随着人们环境保护意识的加强和环境保护工作的快速发展，环境地球物理的研究和应用正处于一个蓬勃兴起的阶段，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。合理寻找可用于工农业生产和生活需要的地下水，也是环境地球物理探查工作的一项重要任务。
工程物探，也就是在工程中所用的物探方法。由于现代化建设需要对地质情况进行探查，物探比钻探等其他直接的探查手段更具有快速、经济的优点，有些探查需无损探测，这些使物探方法在工程建设中大量应用而逐渐形成了一套地球物理勘查方法。
环境地球物理探查和工程地球物理探查工作在方法应用上有许多共性，也有交叉，故本书将环境与工程物探放在一起讨论。
环境与工程物探就是以岩土、建材等物理介质的性质（密度、电性、磁性、弹性、放射性、热传导性等）之间的差异为基础，通过观测和研究各种天然和人工的地球物理场的空间和时间分布规律，以解决环境和工程问题的一类探测方法。
环境与工程物探方法种类很多，探测工作主要应用弹性波法和电法类方法，核物探和其他方法也有应用。
电法是最丰富多彩的一类方法。直流电法除了传统的电测深、电剖面法外，近年来，高密度电法从理论到应用都有很好的进展。它采用在剖面上布置小间距的多个电极并进行快速采集，通过资料整理，可变换成多种装置形式，并作剖面上不同深度或平面成图，提高了分辨率；某些新的装置形式增大了它的探查能力，如用于探查溶洞洞穴顶底深度的五级纵轴测深法、可探测几十米深度内的厚几十厘米薄层的微分电测深法等。渗透电场法，在探查水库、水坝漏水及地下水流向方面效果良好，但近年来应用较少，有必要重新提及。激发极化法，在探查地下水方面它是具有特效的方法，目前多用时间域法，并利用不同性质含水层在不同大小的激发电流时有不同的激发极化能力的特点，发展出二次时差法。
电磁法除较早使用的甚低频法、音频大地电场法、频率测深法和多频地面电磁法外，瞬变电磁法开始崭露头角。利用钻孔无线电波透视作孔间岩体的视吸收系数剖面进行岩溶探查，是使用较广的有效方法。近年来，探地雷达越来越引起人们的关注，它在浅层探查岩溶方面的前景良好。此外，地下管网探查的许多仪器和方法，也是以电磁法为基础的。激发极化法频率域的方法在探查地下水方面也有好的实例，如双频或多频激发极化法展现了良好的前景。
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人们重视。为提高分辨率，并能在现场及时提交成果，近年来又出现了陆上极小偏移距高宽频反射连续剖面法（陆地声呐）；在港口码头、桥位、海底和江底堆积层及淤积等的探查方面，浅地层剖面法等电声方法发挥了作用；声波法在岩体探查、岩土物理力学参数测定、混凝土构筑物质量检测等方面得到了广泛应用；面波勘探、钻孔透射CT、跨孔法也是有特效和前景的方法。其中稳态和瞬态法面波勘探，利用瑞雷波的频散以及面波波长与深度相关的特点，在浅层勘探和洞穴探查方面的实践中效果良好，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，形成了各种专用方法；应当指出，利用波的动力学特征，在工程物探中越来越显现出必要性，在判断被测岩层的含水性、浆砌片石挡墙的浆砌质量和混凝土质量桩测等方面都有应用成功的经验；利用天然微震，测量场地地基振动频谱及卓越周期，也是建筑工程勘查的内容之一。
核物探也是内容较丰富的方法，环境及工程地质工作中常利用的是其中的放射性测量方法。在地质勘查中，γ测量、α卡法、α杯法、氡气测量等是地质填图、查找断裂构造的常用方法；用于对γ量子和热中子的吸收或散射，反映了物质的质量和含水量、含氢量，因此是工程质量检测的好方法之一，在混凝土质量无损检测、填土碾压质量检测、沥青路面质量检测等方面得到广泛应用。
其他方法如高精度磁测、高精度重力测量在地质填图、查找构造和洞穴、人工埋设物、考古方面均有成功的应用；地温测量在地热找水工作中大量应用；遥感在工程选址、查找构造、滑坡和泥石流等不良地质的动态监测等方面是有效的好方法；利用远红外摄影和摄像查找松动岩石、结构物裂缝和出水点等方面，近几年已引起工程界的注意；测井以及静力触探和物探测井技术相结合的技术，在环境及工程物探中应是一个重要的应用内容，但我国在这方面的应用和开发不够，应引起重视。
环境及工程物探工作通常有以下特点：
1）大部分的对象是浅、小的物体。探查深度从几十厘米到几十米，要求探查的分辨率高、定量解释精度高。
2）不仅要求查清探查对象的分布规律，还往往要求查明单个对象（如溶洞）的空间位置。
3）与环境工程地质工作结合紧密。探查资料往往用于设计或施工，时间上衔接紧，这常常使得探测结论能及时得到验证和反馈，对工作结论要求高。
4）探查对象复杂。浅、小的物体规律复杂，近地的地质条件也不均匀，沿水平方向和铅垂方向的各向异性严重，甚至物性参数出现连续渐变的情况，给资料的定性定量解释带来许多困难。
5）要解决的环境问题较多的集中在工业中心和大城市，所以往往受到人为噪声的干扰。如地下管道（线）、电缆、高压线、铁路等引起的磁干扰、电磁干扰、工业交通振动的干扰，因此需要采取相应的有效措施压制各种干扰。另外，环境调查中野外作业空间（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，环境与工程物探主要应用于以下方面：
1）区域性地质调查。其目的是为地区（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，主要岩土层展布、基岩风化情况，建筑物基础的持力层的分布、埋深、厚度和地震小区划等。
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（包括构造、岩层分布、岩土力学参数等）；对工程周围可能出现的地质灾害（包括滑坡、岩溶塌陷、泥石流、地下工程的涌水和塌方等）进行预测。
3）工程施工或巷道掘进过程中的超前预测。如地铁等地下工程施工、深基坑挖掘时对沙层、软土层的探查，坝基开挖时软弱夹层探查，高边坡构造裂隙和卸荷裂隙的探查，隧道掌子面前方不良地质预报等。
4）工程施工质量及工程现状的检测。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、地下管线探查、隧道衬砌状态评估、大坝与水库渗漏探查等。
5）环境地质方面。包括城市地下水污染、地面沉陷、海水入侵、放射性污染等问题的调查、预报。
6）水资源的调查。地热、场地热源体调查。
7）考古及文物保护方面的调查。
采用物探方法解决环境与工程地质问题所利用的物性（即电性、弹性、磁性、密度、放射性等）参数及应用范围、适用条件可大致归纳为表0-1。

表0-1 环境与工程物探方法常用物性参数及应用范围、适用条件


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地面物探方法已被证明是探测地下岩性、划分地层和确定地质构造的有效手段之一。几乎所有的地面物探方法均可用于寻找地下水和判定地下水的某些特征。但是绝大多数物探方法并不是直接测定出地下水本身的物性显示，而是通过测定出有利于蓄水的岩石、构造或裂隙、空洞等的物性显示间接判断地下水的存在以及它们的分布情况。当然，在岩石物性的显示中也包含有水的作用，但水的作用一般要较岩石矿物、化学组分、可溶盐含量、结构等方面的作用小得多。因此，准确地说，多数物探方法是间接找水的方法。
这些物探方法，首推电阻率法、磁法、放射性方法、热辐射法也常用到，而地震和重力法等相对使用较少。
近年来，随着应用物理技术的发展，人们力求研制出一些对地下水物性反映比较敏感的物探方法，以达到直接进行找水的目的。但是，在这些所谓“直接找水方法”所测得的物性异常中，除了地下水的作用外，仍然不同程度地包含了岩石本身物理性质和裂隙、通道等因素的影响，只不过它们较前述的一般物探方法包含了更多的地下水本身的物性显示。
考虑到一般电阻率法等间接找水的物探方法已在各种地球物理勘探和专门的水文地质物探专著中有详尽的论述，我们仅在此列表简述（表12-1）。我们将在这里着重介绍那些目前在寻找地下水方面较为有效，又有发展前途的地面物探方法。
表12-1 地面物探方法分类表


一、自然电场法
这是一种比较“古老”又行之有效的物探方法。这种方法以地下存在的天然电场为场源。由于天然电场主要与地下水通过岩石孔隙、裂隙通道时的渗透作用和离子扩散、吸附作用有关，因此可根据在地面上测量到的电场变化情况，查明地下水的埋藏、分布和运动状况。这种方法主要用于寻找地下掩埋的古河道、基岩含水破碎带，以及确定水库、河床和堤坝的渗漏通道，也可测定抽水井的影响半径和地下水流速。
自然电场法的使用条件，主要决定于地下水渗透作用形成的过滤电场的强度。一般只有在地下水埋藏较浅、水力坡度较大和所形成的过滤电场强度较大时，才能在地面测量到较明显的自然电位异常。为加强其异常显示，可采用人工场的充电法。
二、激发极化法
这种方法是根据供电极断电后，由电化学作用引起的岩石和地下水放电电场（即二次场）的衰减特征来寻找地下水。二次场的衰减特征可用视极化率（ηs）、视频散率（Ps）（交流极化法的基本测量参数）、衰减度（D）、衰减时（τ）表示。判断地下水存在效果较好的测量参数通常是τ和D。τ是指二次电位场（ΔUz）衰减到某一规定数值时（通常规定为50%）所需的时间（单位为s）。D亦是反应极化电场（即二次场）衰减快慢的一种测量参数（用百分数表示）。由于岩石中的含水或富水地段水分子的极化能力较强，因此二次场一般衰减较慢，故D和τ值相对较大。
激发极化法和电阻率法一样，分为测深法、剖面法和测井法。其中，激发极化测深法用得最多，主要用于寻找层状或似层状分布的含水层以及较大的溶洞含水带，并可确定它们的埋藏深度。还可根据含水因素（Ms）和已知钻孔涌水量的相关关系，大致估计设计钻孔的涌水量。
由于激发极化所产生的二次场值小，故这种方法不适用于覆盖层较厚（如大于20 m）和工业游散电较强的地区。
三、交变电磁法
电磁法是近20～30年才推出的新物探方法。目前已在生产中使用的有甚低频电磁法（利用超长波通讯电台发射的电磁波为场源）、频率测深法（以改变电磁场频率来测得不同深度的岩性）、地质雷达法（利用高频电磁波束在地下电性界面上的反射来达到探测地质对象的目的）等。其中，甚低频法对确定低阻体（如断裂带、岩溶发育带和含水裂隙带）比较有效。而地质雷达则具较高的分辨率（可达数厘米），可以测出地下目的物的形状、大小及其空间位置。
近年来，前苏联科学家又设计出一种新的能直接寻找地下水的电磁法，即核磁找水法。其原理如下：由于水具弱磁性，故在磁场作用下，其磁矩将沿地磁的方向排列。当在垂直地磁场方向施加一定强度和频率的人工磁场时，水分子就会产生核磁共振现象。其磁振动率将会在地面铺设的金属线圈中产生一定的电流感应讯号。测定出这种讯号的强度，就可确定出地下水的埋深和富集程度。
四、放射性探测法（天然放射性找水法）
放射性探测法，是随着近年来核辐射理论迅速发展而推出的一种崭新的地球物理探测方法。它不用人工场源、测量仪器体积小，操纵方法简单、工效高，使用不受地形条件限制，是一种很有前途的物探方法。
自然界存在三个放射性元素系（铀—镭系、钍系和锕系）和一些不成系的天然放射性元素，但在岩石和水中分布较广泛的，主要有铀（U）、镭（Ra）、氡（Rn）、钍（Th）和钾（40K）。天然放射性元素发生衰变时能放出α、β、γ射线，而这些射线的强度可利用核辐射探测仪器加以测定。尚需指出，用放射性方法所测量到的射线主要是氡及其子体产生的，而铀、镭等元素放出的射线是次要的，故氡及其子体是放射性探测法首先重视的对象。
放射性探测法主要适用于寻找基岩地下水。这是基于以下原因：①不同类型岩石，由于其放射性元素含量不同，其放射性强度常有差异；②岩石中断裂带和裂隙发育带，常是放射性气体运移和聚积的场所，故可形成放射性异常带；③在地下水流动过程中（特别是在出露地段），由于水文地球化学条件的突然改变，可导致水中某些放射性元素的沉淀或富集，从而形成放射性异常。
放射性探测的方法很多，目前使用较多的方法有：
（1）γ测量法。所测量的是铀、钍、钾等放射性元素及其子体辐射出的射线的总强度。
（2）放射性能谱测量法。它除能测量出γ射线总强度外，并能区分出铀、钍、钾的γ辐射强度。
（3）射气测量法。该方法是用射气仪（测氡仪）测量土壤中放射性气体（主要是氡气）的浓度，以发现浮土下基岩中的放射性异常带。
（4）α径迹测量法和α卡法。这两种方法均是测量土壤盖层中α射线的方法。
（5）210Po法。它和α卡法一样，是一种测量土壤层中氡气长期积累量的化探方法。

预备知识一 物探方法分类和特点
答：环境与工程物探就是以岩土、建材等物理介质的性质(密度、电性、磁性、弹性、放射性、热传导性等)之间的差异为基础,通过观测和研究各种天然和人工的地球物理场的空间和时间分布规律,以解决环境和工程问题的一类探测方法。 环境与工程物探方法种类很多,探测工作主要应用弹性波法和电法类方法,核物探和其他方法也有应用。

地球物理方法介绍
答：二、物探的任务、分类及在工程中的应用 为解决和普查石油天然气和煤田、金属矿床有关的地球物理勘探方法已发展到一个较高的水平,并积累了比较丰富的经验水文地质和工程地质物探工作是近几十年发展起来的新技术,因此水文地质及工程地质物探完全有可能很好的吸收和利用石油物探和煤田、金属矿床物探的技术成就和先进经验...

地面物探方法在水文地质调查中的应用
答：地面物探方法的种类很多,目前在水文地质调查中应用最普遍的是电法,磁法、放射性探测法和声波探测法也经常使用。这些物探方法是探测地层岩性、构造和寻找地下水及判定某些水文地质现象的有效手段,但多数的物探方法都是间接的勘查和找水方法。 电法勘探是通过研究天然和人工电场,解决某些地质、水文地质问题的一种方法。...

探伤分哪些种类呢?
答：探伤方法种类有：X光射线探伤、超声波探伤、磁粉探伤、渗透探伤、涡流探伤、γ射线探伤、渗透探伤（荧光探伤、着色探伤）等物理探伤方法。物理探伤就是不产生化学变化的情况下进行无损探伤。无损检测 无损探伤是在不损坏工件或原材料工作状态的前提下，对被检验部件的表面和内部质量进行检查的一种测试手段。磁...

岩土工程勘察方法
答：目前,岩土工程勘探中常用的钻探方法,可分为冲击钻探、回转钻探、冲击回转钻探和振动钻探等四种。在岩土工程勘探中,主要采用冲击钻探和回转钻探;按动力来源又可将它们分为人力的和机械的两种。机械回转钻探钻进效率高,孔深大,又能采取岩心,所以在岩土工程勘探中使用最为广泛。 3.钻探孔的种类 钻孔的类型有多种分类...

油气田勘探采取何种方法?
答：钻井勘探法是油气田勘探工作中最直接的找油方法。通过所钻井眼可以直观地判断油气是否存在并且确定油气产能的大小,还能以井筒为通道把油气开采出来。但是由于钻井的速度很慢,费用也很高,因此必须在上述间接方法确定的有利含油构造上才进行钻井。 1.井的类别(1) 地质井(构造地质浅井、地层探井):在盆地或凹陷普查阶段,...

生物的探究方法
答：生物学研究的基本方法有：观察法、调查法、分类法、实验法等。1、观察是科学探究的一种基本方法．科学观察可以直接用肉眼，也可以借助放大镜、显微镜等仪器，或利用照相机、录像机、摄像机等工具，有时还需要测量。科学的观察要有明确的目的；观察时要全面、细致、实事求是，并及时记录下来；要有计划、要...

电法勘探的分类
答：电法勘探的分类方法很多,常见的分类方法如下：1）依据地质任务分为：金属及非金属矿电法、石油与天然气电法、煤田电法、水文与工程电法、地壳及上地幔电法、环境和考古电法等。2）依据观测空间位置分为：航空电法、地面电法、海洋电法和井中电法。3）依据场源性质（或场源的可控性）分为：人工...

地面物探方法
答：考虑到一般电阻率法等间接找水的物探方法已在各种地球物理勘探和专门的水文地质物探专著中有详尽的论述，我们仅在此列表简述（表12-1）。我们将在这里着重介绍那些目前在寻找地下水方面较为有效，又有发展前途的地面物探方法。表12-1 地面物探方法分类表 一、自然电场法 这是一种比较“古老”又行之...

无损检测方法的分类
答：无损检测方法的分类：1、超声波探伤，主要探测对接焊缝。2、磁粉探伤，主要用于表面的浅层裂纹检测。3、射线探伤，比较全面，但是成本高。4、渗透探伤，需要的时间比较长。无损检测是指在不损害或不影响被检测对象使用性能，不伤害被检测对象内部组织的前提下，利用材料内部结构异常或缺陷存在引起的热、声、...