一、物探及其分類

1、地球物理勘探

地球物理勘探，簡(jiǎn)稱物探，是以地下巖體的物理性質(zhì)的差異為基礎(chǔ)，通過(guò)探測(cè)地表或地下地球物理場(chǎng)，分析其變化規(guī)律，來(lái)確定被探測(cè)地質(zhì)體在地下賦存的空間范圍（大小、形狀、埋深等）和物理性質(zhì)，達(dá)到尋找礦產(chǎn)資源或解決水文、工程、環(huán)境問(wèn)題為目的的一類探測(cè)方法。

物理性質(zhì)：巖體的物理性質(zhì)主要有密度、磁性、電性、彈性、放射性等。主要物性參數(shù)密度、磁場(chǎng)強(qiáng)度、磁化率、電阻率、極化率、介電常數(shù)、彈性波速、放射性伽馬強(qiáng)度等。

地球物理場(chǎng)：物理場(chǎng)可理解為某種可以感知或被儀器測(cè)量的物理量的分布。地球物理場(chǎng)是指由地球、太空、人類活動(dòng)等因素形成的、分布于地球內(nèi)部和外部近地表的各種物理場(chǎng)?？煞譃樘烊坏厍蛭锢韴?chǎng)和人工激發(fā)地球物理場(chǎng)兩大類。

天然場(chǎng)；天然存在和形成 的地球物理場(chǎng)主要有地球的重力場(chǎng)、地磁場(chǎng)、電磁場(chǎng)、大地電流場(chǎng)、大地?zé)崃鲌?chǎng)、核物理場(chǎng)（放射性射線場(chǎng)）等

人工場(chǎng)：由人工激振產(chǎn)生彈性波在地下傳播的彈性波場(chǎng)、向地下供電在地下產(chǎn)生的局部電場(chǎng)、向地下發(fā)射電磁波激發(fā)出的電磁等，發(fā)球人工激發(fā)的地球物理場(chǎng)。人工場(chǎng)源的優(yōu)點(diǎn)是場(chǎng)源參數(shù)書籍、便于控制、分辨率高、探測(cè)效果好，但成本較大。

地球物理場(chǎng)還可分為正常場(chǎng)和異常場(chǎng)。

正常場(chǎng)：是指場(chǎng)的強(qiáng)度、方向等量符合全球或區(qū)域范圍總體趨勢(shì)、正常水平的場(chǎng)的分布。

異常場(chǎng)：是由探測(cè)對(duì)象所引起的局部地球物理場(chǎng)，往往疊加于正常場(chǎng)之上，以正常場(chǎng)為背景的場(chǎng)的局部差異和變化。例如富存在地下的磁鐵礦體或磁性巖體產(chǎn)生的異常磁場(chǎng)，疊加在正常磁場(chǎng)之中；鉻鐵礦的密度比圍巖的密度大，鹽丘巖體的密度比圍巖的密度小，分別引起重力場(chǎng)局部增強(qiáng)或減弱的異常現(xiàn)象。

2、地球物理勘探分類

地球物理勘探分類簡(jiǎn)表

二、物探方法簡(jiǎn)介

1、重力勘探

重力勘探是研究地下巖層與其相鄰層之間、各類地質(zhì)體與圍巖之間的密度差而引起的重力場(chǎng)的變化（即“重力異?！保﹣?lái)勘探礦產(chǎn)、劃分地層、研究地質(zhì)構(gòu)造的一種物探方法。重力異常是由密度不均勻引起的重力場(chǎng)的變化，并疊加在地球的正常重力場(chǎng)上。

2、磁法勘探

磁法勘探是研究由地下巖層與其相鄰層之間、各類地質(zhì)體與圍巖之間的磁性差異而引起的地磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化（即“磁異常”）來(lái)勘探礦產(chǎn)、劃分地層、研究地質(zhì)構(gòu)造的一種物探方法。磁異常是由磁性礦石或巖石在地磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生的磁性疊加在正常場(chǎng)上形成的，與地質(zhì)構(gòu)造及某些礦產(chǎn)的分布有著密切的關(guān)系。

磁法勘探按觀測(cè)磁場(chǎng)的方式可以分為地面磁測(cè)和航空磁測(cè)兩類基本方法。

3、電法勘探

電法勘探是以巖石、礦物等介質(zhì)的電學(xué)性質(zhì)為基礎(chǔ)，研究天然的或人工形成 的電場(chǎng)、電磁場(chǎng)的分布規(guī)律，勘探礦產(chǎn)、劃分地層、研究地質(zhì)構(gòu)造、解決水文工程地質(zhì)問(wèn)題的一類物探方法，也是物探方法中分類最多的一大類探測(cè)方法。按照電場(chǎng)性質(zhì)不同，可分為直流電法和交流電法兩類

直流電法勘探主要包括電剖面法、電測(cè)深法、充電法、激發(fā)極化法及自然電場(chǎng)法等。

交流電法勘探，即電磁法勘探，按場(chǎng)源的形式可分為人工場(chǎng)源（或稱主動(dòng)場(chǎng)源）和天然場(chǎng)源兩大類。人工場(chǎng)源類電磁法主要有無(wú)線電波透射法、甚低頻法、瞬變電磁法、可控源間頻大地測(cè)深法、地質(zhì)雷達(dá)法等。天然場(chǎng)源類電磁法包括天然音頻大地電磁法、大地電磁法等。

4、地震勘探

地震勘探是一種使用人工方法激發(fā)地震波，觀測(cè)其在巖體內(nèi)的傳播情況，以研究、探測(cè)巖體地質(zhì)結(jié)構(gòu)和分布的物探方法。確定分界面的埋藏深度、巖石的組成成分和物理力學(xué)性質(zhì)。

根據(jù)所利用彈性波的類型不同，地震勘探的工作方法可分為：反射波法、折射波法、透射波法和瑞雷波法。

5、放射性勘探

地殼內(nèi)的天然放射元素蛻變時(shí)會(huì)放射出α、β、γ射線，這些射線穿過(guò)介質(zhì)便會(huì)產(chǎn)生游離、熒光等特殊的物理現(xiàn)象。放射性勘探，就是借助研究這些現(xiàn)象來(lái)尋找放射性元素礦床和解決有關(guān)地質(zhì)問(wèn)題、環(huán)境問(wèn)題的一種物探方法。

6、地球物理測(cè)井

地球物理測(cè)井，簡(jiǎn)稱為測(cè)井，就是通過(guò)研究鉆孔中巖石的物理性質(zhì)，諸如電性、電化學(xué)活動(dòng)性、放射性、磁性、密度、彈性以及隙度、滲透性等來(lái)解決鉆孔中有關(guān)地質(zhì)問(wèn)題的一類物方法。

測(cè)井方法包括電測(cè)井、磁測(cè)井及電磁測(cè)井、聲波測(cè)井、地震測(cè)井、放射性測(cè)井、鉆孔全孔壁數(shù)字成像、鉆孔電視，以及井徑測(cè)量、井斜測(cè)量、井溫測(cè)量以及井中流體測(cè)量。

三、物探方法的特點(diǎn)

1、探測(cè)地質(zhì)體與圍巖之間的具有較為明顯的物性差異；

2、采用相應(yīng)的儀器設(shè)備觀測(cè)和測(cè)量地球物理場(chǎng)的信息，并用數(shù)據(jù)處理技術(shù)進(jìn)行處理，對(duì)異常進(jìn)行識(shí)別和解釋；

3、成本低，效率高；

4、多解性

物探解釋結(jié)果是根據(jù)物探儀器觀測(cè)到的地球物理數(shù)據(jù)求解場(chǎng)源體的反演過(guò)程，反演具有多解性；同時(shí)物探理論是建立在一定的數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)之上，具有確定的條件（物性，地質(zhì)、地形等)，但實(shí)際上難以完全滿足，也影響了物探解釋的精度。

為了獲得更加準(zhǔn)確的物探成果，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

1、選擇適合的方法。應(yīng)根據(jù)探測(cè)目的層與相鄰地層的物性特征、地質(zhì)條件、地形條件等因素綜合分析，有針對(duì)性的選擇物探方法。

2、盡可能采用多種物探方法配合，相互對(duì)比、相互補(bǔ)充、相互驗(yàn)證、去偽存真。

3、物探剖面盡可能通過(guò)鉆孔、探井等已知點(diǎn)，對(duì)物探解釋提供參數(shù)和驗(yàn)證。

4、注重與地質(zhì)調(diào)查和地質(zhì)理論相結(jié)合，進(jìn)行綜合分析判斷。

三、物探方法的應(yīng)用范圍與應(yīng)用條件

1、應(yīng)用范圍

（1）區(qū)域地質(zhì)調(diào)查及礦產(chǎn)勘查

劃分地層、探測(cè)地質(zhì)構(gòu)造，尋找礦體及與成礦有關(guān)的地層或構(gòu)造

主要方法：重力、磁法、電法，地震（石油、煤田）、放射性（鈾礦）、測(cè)井

（2）水文地質(zhì)勘察及找水

劃分地層、探測(cè)地質(zhì)構(gòu)造，尋找儲(chǔ)水地層或構(gòu)造，確定含水層的埋深、厚度、含水量，劃分咸淡水界面等

主要方法：電法（電阻率、激電、電磁法），測(cè)井、地震、放射性、

（3）工程地質(zhì)勘察、環(huán)境地質(zhì)勘察

探測(cè)覆蓋層、基巖風(fēng)化帶厚度及其分布；隱伏構(gòu)造、巖溶裂隙發(fā)育帶等。

主要方法：電法（電阻率、激電、電磁法），測(cè)井、地震、放射性

（4）工程測(cè)試與檢測(cè)

土壤電阻率測(cè)試、巖體質(zhì)量檢測(cè)、巖土力學(xué)參數(shù)測(cè)試、混泥土質(zhì)量檢測(cè)、放射性檢測(cè)、樁基檢測(cè)、地下管線探測(cè)等。

主要方法：電法（電阻率、探地雷達(dá)），地震波及聲波測(cè)試(測(cè)井)、放射性測(cè)試

2、應(yīng)用條件

（1）探測(cè)目的層與相鄰地層或目的體與圍巖之間的具有明顯的物性差異；

（2）探測(cè)目的層或目的體相對(duì)于埋深具有一定的規(guī)模；

（3）探測(cè)目的層與相鄰地層的巖性、物性及產(chǎn)狀較為穩(wěn)定；

（4）滿足各方法的地形條件要求；

（5）不能有較強(qiáng)的干擾源存在。

3、常用工程物探方法的應(yīng)用范圍與應(yīng)用條件

（1）直流電阻率法

將直流電通過(guò)電極接地供入地下，建立穩(wěn)定的人工電場(chǎng)，在地表觀測(cè)某點(diǎn)垂直方向（電測(cè)深法）或沿某一測(cè)線的水平方向（電剖面法）的電阻率變化，從而了解巖土介質(zhì)的分布或地質(zhì)構(gòu)造特點(diǎn)的方法，稱電阻率法。

為解決不同的地質(zhì)問(wèn)題，常采用不同的電極排列形式和移動(dòng)方式（稱為裝置），根據(jù)裝置的不同，可將電阻率法分為電測(cè)深法、電剖面法和高密度電阻率法。

電阻率法的應(yīng)用范圍與條件

應(yīng)用范圍

1）電測(cè)深法主要用于解決與深度有關(guān)的地質(zhì)問(wèn)題，包括分層探測(cè)如基巖面、地層層面、地下水位、風(fēng)化層面等的埋藏深度以及電性異常體探測(cè)如構(gòu)造破碎帶、喀斯特、洞穴等。

2）電剖面法主要用于探測(cè)地層、巖性在水平方向的電性變化，解決與平面位置有關(guān)的地質(zhì)問(wèn)題，如斷層、破碎帶、巖層接觸界面、喀斯特洞穴位置等。

3）高密度電法具有電測(cè)深和電剖面的雙重特點(diǎn)，探測(cè)密度高、信息量大、工作效率高。

應(yīng)用條件

1）被探測(cè)目的層的分布相對(duì)而言于裝置長(zhǎng)度和埋深近水平無(wú)限，被探測(cè)目的相對(duì)于裝置長(zhǎng)度和埋深有一定的規(guī)模。被探測(cè)目的層與相鄰地層或目的體與周邊介質(zhì)有電性差異。電性界面與地質(zhì)界面對(duì)應(yīng)。

2）地形起伏不大。采用電極接地測(cè)量方式時(shí)要求被探測(cè)目的層或目的體上方?jīng)]有極高電阻屏蔽層。采用線框或天線測(cè)量方式時(shí)要求被探測(cè)目的層或目的體上方?jīng)]有極低電阻屏蔽層。

3）各地層及目的體電性穩(wěn)定，異常范圍和幅值等特征可以被測(cè)量和追蹤。

4）測(cè)區(qū)內(nèi)沒(méi)有較強(qiáng)的工業(yè)游散電流、大地電流或電磁干擾。

5）水上工作時(shí)，水流速度較緩。

6）電測(cè)深法要求地下電性層次不多，被探測(cè)各層與供電極距相比水平無(wú)限，且具有一定厚度，電性標(biāo)志層穩(wěn)定；適用于層狀和似層狀介質(zhì)的勘探，下伏基巖面或被探測(cè)目的層層面與地面交角應(yīng)小于20°；有一定數(shù)量的中間層電阻率資料；在各種測(cè)量裝置中，四極對(duì)稱裝置能更準(zhǔn)確并經(jīng)濟(jì)地解決問(wèn)題，應(yīng)用羅為廣泛，其他裝置的應(yīng)用條件則相對(duì)較為嚴(yán)格。

7）電剖面法探測(cè)的地質(zhì)界面或構(gòu)造線與地面交角應(yīng)大于30°。

（2）音頻大地電磁測(cè)深入法（AMT）

音頻大地電磁法（AMT）的頻率范圍約為0.1～10kHz，甚至100 kHz，勘探深度為幾米至幾公里，在礦產(chǎn)勘查和工程勘探中應(yīng)用廣泛。

應(yīng)用范圍

1）探測(cè)第四紀(jì)覆蓋層厚度。

2）探測(cè)地層分層。

3）探測(cè)隱伏巖溶及構(gòu)造（斷層、裂隙層、破碎帶）。

4）探測(cè)塌滑體厚度。

5）探測(cè)地下水，確定含水層厚度。

應(yīng)用條件

1）被探測(cè)目的體或目的層與圍巖之間存在明顯的電性差異電性界面與地質(zhì)界面對(duì)應(yīng)。

2）被探測(cè)目的層或目的體位于探測(cè)盲區(qū)以下。

3）各地層及目的體電性穩(wěn)定。

4）測(cè)區(qū)內(nèi)沒(méi)有較強(qiáng)的工業(yè)游散電流、大地電流或電磁干擾。

5）被追蹤地層應(yīng)具有一定的厚度，被追蹤地質(zhì)體具有一定規(guī)模。

6）天然電磁場(chǎng)信號(hào)強(qiáng)度微弱，極化不穩(wěn)定，受各種噪聲影響強(qiáng)烈，通常需要多周期的疊加才能獲得有交的功率譜，因此野外記錄時(shí)間應(yīng)足夠長(zhǎng)。

主要優(yōu)點(diǎn)

1）使用電磁波頻率豐富，探測(cè)深度范圍較大，可從幾十米至上千米。

2）不高阻屏蔽，對(duì)低阻分辨率高，對(duì)勘測(cè)場(chǎng)地范圍要求低。

3）受地形影響小。

主要局限性

1）抗電磁干擾能力差。

2）雖然探測(cè)深度較深，但深部是低頻信號(hào)的反映，因此在加大探測(cè)深度的同時(shí)，也降低了異常分辨率，在使用該方法進(jìn)行深部探測(cè)時(shí)，應(yīng)充分考慮到深度與分辨率的關(guān)系。

3）對(duì)于硬質(zhì)出露地區(qū)，裸露巖石致密堅(jiān)硬，會(huì)大大限制電偶極子場(chǎng)源送入地下的電流強(qiáng)度，并導(dǎo)致測(cè)量電極接地電阻過(guò)高，干擾信號(hào)過(guò)強(qiáng)，有效信號(hào)太弱等不利影響，因此在硬件質(zhì)基巖裸露地區(qū)不宜使用此類方法。

（3）淺層折射波法

淺層折射波法，是利用人工激發(fā)的地震波在巖土界面上產(chǎn)生的折射現(xiàn)象，對(duì)淺部具有速度差異的地層或構(gòu)造進(jìn)行探測(cè)的一種地震方法，是目前工程地震勘探中技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的方法。

   ·應(yīng)用范圍

   1）探測(cè)第四紀(jì)覆蓋層厚度及其分層，或探測(cè)基巖面埋藏深度、埋藏深槽、古河床及其起伏形態(tài)。

   2）探測(cè)風(fēng)化卸荷帶厚度。

   3）探測(cè)隱伏構(gòu)造（斷層、裂隙帶、破碎帶）。

   4）探測(cè)塌滑體厚度。

   5）探測(cè)松散層中的地下水位，確定含水層厚度。

   6）測(cè)試巖土體縱波速度，用速度對(duì)巖體進(jìn)行完整性分類。

   7）檢測(cè)巖體質(zhì)量。

   ·應(yīng)用條件

   1）適用于層狀和似層狀介質(zhì)的探測(cè)。

   2）被追蹤地層的速度應(yīng)大于上覆各層的速度，且各層之間存在明顯的波速差異。

   3）被追蹤地層應(yīng)具有一定的厚度，中間層厚度宜大于其上覆層厚度。

   4）沿測(cè)線被追蹤地層的視傾角與折射波臨近角之和應(yīng)小于90° 。

   5）被追蹤地層界面起伏不大，折射波沿界面滑行時(shí)無(wú)穿透現(xiàn)象。

   6）被探測(cè)的目的體（斷層、洞穴等）與周邊介質(zhì)之間存在明顯的波速差異，并具有一定的規(guī)模。

  ·優(yōu)點(diǎn)和局限性

 （1）折射波法的優(yōu)點(diǎn)。

   1）初至折射波比較容易識(shí)別。

   2）探測(cè)深度范圍廣，從幾米至幾十米乃至一二百米皆可。

   3）不僅可得到折射波的旅行時(shí)，遙相呼應(yīng)得到能反映巖性及巖體完整性的界面速度。

   4）解決的地質(zhì)問(wèn)題面較廣，從探測(cè)覆蓋層厚度及其分層到解決構(gòu)造問(wèn)題，地質(zhì)效果一般較好。

  （2）折射波法的局限性。

    1）受速度逆轉(zhuǎn)限制，不能探測(cè)高速層下部的地質(zhì)情況。

    2）分層能力弱，一般限于3～4層。

    3）因?yàn)榇嬖谡凵洳^(qū)以及旁側(cè)影響，要求勘探場(chǎng)地較開闊。

    4）所需激發(fā)能量大。當(dāng)松散層厚度超過(guò)10m時(shí)，一般使用炸藥震源；當(dāng)探測(cè)深度大于40m時(shí)，需使用較大的炸藥包，在居民區(qū)、農(nóng)、林、漁區(qū)難于開展工作。

（4）淺層反射波法

淺層反射波法是利用人工激發(fā)的地震波在巖土界面上產(chǎn)生反射的原理，對(duì)淺層具有波阻抗差異的地層或構(gòu)造進(jìn)行探測(cè)的一種地震勘探方法。在工程勘察中，淺層反射波法主要用于探測(cè)覆蓋層厚度和進(jìn)行地層分層，確定幾十米內(nèi)的較小的地質(zhì)構(gòu)造以及尋找局部地質(zhì)體等。

    ·應(yīng)用范圍

淺層反射波法適用于層狀和似層狀介質(zhì)勘探，，不受地層速度逆轉(zhuǎn)限制，可以探測(cè)高速地層下部的地質(zhì)情況。其應(yīng)用范圍與折射波法相近，主要有：

    1）探測(cè)第四紀(jì)覆蓋層厚度及其分層或探測(cè)基巖面的埋藏深度及其起伏形態(tài)。

    2）劃分沉積地層層次。

    3）探測(cè)風(fēng)化帶厚度（全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化）。

    4）探測(cè)有明顯斷距的隱伏斷層構(gòu)造。

    5）探測(cè)滑坡體厚度。

    6）探測(cè)喀斯特溶洞。

    7）探測(cè)松散層中的地下水位和確定含水層厚度。

    8）巖土體縱橫波速測(cè)試。

通常多選用效率較高、探測(cè)深度較大的縱波反射法解決上述工程地質(zhì)問(wèn)題，僅在探測(cè)淺部（＜30m）松散含水地層時(shí)，宜采用具有較強(qiáng)分層能力 的橫波反射法。

   ·應(yīng)用條件

    1）被追蹤地層應(yīng)是層狀和似層狀介質(zhì)。

    2）被追蹤地層與其相鄰層之間應(yīng)存在明顯的波阻抗差異。

    3）被追蹤地層應(yīng)具有一定的厚度，且應(yīng)大于有效波長(zhǎng)的1/4。

    4）地層界面較平坦，入射波能在界面上產(chǎn)生較規(guī)則的反射波。

    5）被探測(cè)的斷層應(yīng)有明顯的斷距。

   ·方法優(yōu)點(diǎn)及局限性

   （1）反射波法的優(yōu)點(diǎn)

     1）不受地層速度逆轉(zhuǎn)限制，可探測(cè)高速地層下部的地質(zhì)情況。在軟基勘探中橫波反射法有較強(qiáng)的分層能力。

     2）水平疊加時(shí)間部面圖、等偏移時(shí)間部面圖、地震映象波形圖、地震深度剖面圖能較直觀反映地層的起伏形態(tài)和地層的尖滅點(diǎn)及斷層的位置、斷距。

     3）所需震源能量較小，在勘探深度小于四五十米時(shí)，一般可使用錘擊震源（與垂直疊加信號(hào)增強(qiáng)配合使用）從而免除使用爆炸震源時(shí)購(gòu)買、運(yùn)輸、保管、使用雷管炸藥的諸多麻煩，確保生產(chǎn)安全，并可在居民區(qū)、農(nóng)田、果園等不允許進(jìn)行爆破作業(yè)的測(cè)區(qū)開展反射波法勘探。

    4）所需勘探場(chǎng)地較小，可在較狹窄的河谷、山谷開展工作。

   （2）反射波法的局限性（缺點(diǎn)）

    1）反射波法所受干擾波多（包括面波、聲波、直達(dá)波、淺層折射波、多次反射波、背景噪音以及各反射波組間的相互干擾），野外數(shù)據(jù)采集、資料處理比折射波法復(fù)雜，工作效率低，尤其探測(cè)深度小于20m時(shí)，淺層反射法的工作效率較低（因?yàn)橐髾z波點(diǎn)距較小）。

    2）探測(cè)基巖面埋藏深度時(shí)，因?yàn)椴荒茌^準(zhǔn)確求得基巖波速，有時(shí)識(shí)別基巖頂板反射波同相軸較困難（尤其基巖面較平坦時(shí)），需借助折射波法資料或鉆孔資料確定。

    3）橫波（SH波）反射法激發(fā)工作效率較低，勘探深度較?。ㄒ话阈∮谒奈迨祝?/span>

   （5）瑞雷波法（面波法）

面波是人工激發(fā)的彈性波沿界面附近傳播的波，水平偏振的面波為勒夫波，垂直偏振的面波為瑞雷波，目前的面波勘探方法主要是瞬態(tài)激發(fā)、多道接收、利用基階瑞雷波進(jìn)行探測(cè)。

   ·應(yīng)用范圍

    1）工程地質(zhì)勘察：探測(cè)覆蓋層厚度、劃分松散地層沉積層序、確定地層中低速帶或軟弱夾層、探查基巖埋深和基巖界面起伏形態(tài)，探測(cè)滑坡體的滑動(dòng)帶和滑動(dòng)面起伏形態(tài)，巖體風(fēng)化分帶，探測(cè)構(gòu)造破碎帶。

    2）巖土的物理力學(xué)參數(shù)原位測(cè)試：飽和砂土層的液化差別。

    3）地下隱埋體探測(cè)，包括地下空洞、古墓遺址、非金屬地下管道、礦區(qū)廢棄礦井和采空區(qū)以及各種地下掩埋物的空間位置的探測(cè)。

   ·應(yīng)用條件

    1）探測(cè)場(chǎng)地地表不宜起伏太大，并避開溝、坎等復(fù)雜地形的影響，相鄰檢波器之間的高差應(yīng)控制在1/2道距長(zhǎng)度范圍之內(nèi)，且被探測(cè)地層應(yīng)是層狀和似層狀介質(zhì)。

    2）被探測(cè)地層與其相鄰層之間應(yīng)存在大于10%的瑞雷波速度差異。

    3）被探測(cè)異常體（透鏡體、洞穴、巖溶、垃圾坑等）在水平方向的分布范圍應(yīng)不小于瑞雷波排列長(zhǎng)度的1/4。

    4）單點(diǎn)瑞雷波勘探時(shí)地層界面應(yīng)較平坦，否則將增大探測(cè)誤差工。

    5）被探測(cè)的斷層應(yīng)有明顯的斷距。

  ·優(yōu)點(diǎn)與局限性

  （1）瑞雷波法的優(yōu)點(diǎn)。

    1）不受地層速度逆轉(zhuǎn)限制，可探測(cè)高速地層下部的地質(zhì)情況。

    2）具有較高的地質(zhì)薄層分辨率（分辨能力可以達(dá)到0.1～0.5m），在進(jìn)行連續(xù)瑞雷波勘探（點(diǎn)距小于30m）時(shí)，能較直觀反映地層的起伏形態(tài)、異常體頒布情況及滑動(dòng)面分布特征。

    3）所需震源能量較小，勘探深度小于50m時(shí)一般可使用錘擊震源或落重。

    4）所需勘探場(chǎng)地較小，探測(cè)深度與測(cè)點(diǎn)排列長(zhǎng)度基本相當(dāng)，可在較狹窄的河谷、山谷開展工作。

    5）測(cè)點(diǎn)瑞雷波資料經(jīng)過(guò)反演處理可以得到巖土介質(zhì)的剪切波速度、縱波速度和泊松比，以及介質(zhì)的其他動(dòng)參數(shù)。

  （2）瑞雷波法的局限性（缺點(diǎn)）。

    1）因瑞雷波勘探是對(duì)整個(gè)瑞雷波排列長(zhǎng)度范圍內(nèi)地層的綜合反映，對(duì)于地表或地層界面起伏較大或水平方向地層變化較大容易加大單點(diǎn)瑞雷波探測(cè)誤差，這種情況下需要減小 點(diǎn)距、加大連續(xù)剖面探測(cè)工作量。

   2）在進(jìn)行瑞雷波速度反演計(jì)算時(shí)，需借助測(cè)區(qū)鉆孔資料或孔內(nèi)波速檢層（橫波速度）資料才能 進(jìn)行定量分析。

五、物探在工程勘探中的應(yīng)用

1、覆蓋層探測(cè)

   ·探測(cè)內(nèi)容

（1）覆蓋層厚度探測(cè)。

（2）覆蓋層分層。

（3）覆蓋層物性參數(shù)測(cè)試。

·探測(cè)方法的選擇

覆蓋層厚度探測(cè)與分層常采用的物探方法主要有淺層地震勘探（折射波法、反射波法、瑞雷波法）、電法勘探（電測(cè)深法、高密度電法）、電磁法勘探（大地電磁測(cè)深入、瞬變電磁測(cè)深、探地雷達(dá)）、水聲勘探、綜合測(cè)井、彈性波CT等。覆蓋層巖（土）體物性參數(shù)測(cè)試常采用的物探方法主要有地球物理測(cè)井、地震波CT、速度檢層等。

覆蓋層厚度探測(cè)與分層應(yīng)結(jié)合測(cè)區(qū)物性條件，地質(zhì)條件和地形特征等綜合因素，合理選用一種或幾種物探方法，所選擇的物探方法應(yīng)能滿足其基本應(yīng)用條件，以達(dá)到較好的地質(zhì)效果。

（1）覆蓋層厚度探測(cè)物探方法的選擇。

    1）根據(jù)覆蓋層厚度選擇物探方法。覆蓋層厚度較薄時(shí)（小于50m），一般可選擇地震勘探（折射波法、瑞雷波法）、電法勘探（電測(cè)深法、高密度電法）和探地雷達(dá)等物探方法；覆蓋層厚度時(shí)（50～100m），一般可選擇電測(cè)深法、地震反射波法、電磁測(cè)深等方法；當(dāng)覆蓋層厚度深厚時(shí)（一般大于100m），一般可選擇地震反射法、電磁測(cè)深等物探方法。

    2）根據(jù)測(cè)區(qū)地形條件選擇物探方法。當(dāng)場(chǎng)地相對(duì)平坦、開闊、無(wú)明顯障礙物時(shí)，一般可選擇地震勘探（折射波法、反射波法、瑞雷波法）、電法勘探（電測(cè)深法、高密度電法）等物探方法；當(dāng)場(chǎng)地相對(duì)狹窄或測(cè)區(qū)內(nèi)有居民區(qū)、農(nóng)田、果林、建筑物等障礙物時(shí)，一般可選擇以點(diǎn)測(cè)為主的電測(cè)深法、瑞雷波法和電磁測(cè)深等物探方法。

    3）在水域進(jìn)行覆蓋層厚度探測(cè)時(shí)，可根據(jù)工作條件選擇物探方法。在河谷地形、河水面寬度不大于200m、水流較急的江河流域，一般選擇地震折射波法和電測(cè)深法等物探方法；在庫(kù)區(qū)、湖泊、河水面寬度大于200m、水流平緩的水域，一般選擇水聲勘探、地震折射波法等物探方法。

    4）根據(jù)物性條件選擇物探方法。當(dāng)覆蓋層介質(zhì)與基巖有的波速、波阻抗差異時(shí)，可選擇地震勘探，但當(dāng)覆蓋層介質(zhì)中存在調(diào)整層（大于基巖波速）或速度倒轉(zhuǎn)層（小于相鄰波速）時(shí)，則不適宜采用地震折射波法；當(dāng)覆蓋層介質(zhì)與基巖有明顯的電性差異是，可選擇電法勘探或電磁法；當(dāng)布極條件或接地條件較差時(shí)，如在沙漠、戈壁、凍土等地區(qū)可選電磁法勘探。

（2）覆蓋層分層物探方法的選擇。

    1）根據(jù)覆蓋層介質(zhì)的物性特征選擇物探方法。當(dāng)覆蓋層介質(zhì)呈層狀或似層狀分布、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、有一定的厚度、各層介質(zhì)存在明顯的波速或波阻抗差異時(shí)一般可選擇地震折射波法、地震反射波法、瑞雷波法等，其中瑞雷波法具有較好的分層效果；當(dāng)覆蓋層各層介質(zhì)存在明顯的電性差異時(shí)，可選擇電測(cè)深法；當(dāng)覆蓋層各層介質(zhì)較薄、存在較明顯的電磁差異、且探測(cè)深度較淺時(shí)，可選擇探地雷達(dá)法。

    2）根據(jù)覆蓋層介質(zhì)飽水程度選擇物探方法。地下水位往往會(huì)構(gòu)成良好的波速、波阻抗議和電性界面，當(dāng)需要對(duì)覆蓋層飽水介質(zhì)與不飽水介質(zhì)分層或探測(cè)地下水位時(shí)，一般可選擇地震折射波法、地震反射波法和電測(cè)深法，但地震折射波法不對(duì)地下水位以下的覆蓋層介質(zhì)進(jìn)行分層；瑞雷波法基本不受覆蓋層介質(zhì)飽水程度的影響，當(dāng)把地下水位視察為覆蓋層介質(zhì)分層的影響因素時(shí)，可采用瑞雷波法。

    3）利用鉆孔進(jìn)行覆蓋層分層。一般選擇綜合測(cè)井、地震波CT、速度檢層等。

    4）探測(cè)覆蓋層中軟夾層和砂夾層時(shí)，在有條件的情況下可借助鉆孔進(jìn)行跨孔測(cè)試或速度檢層測(cè)試；在無(wú)鉆孔條件下，對(duì)分布范圍較大、且有一定厚度的軟夾層和砂夾層，可采用瑞雷波法。

（3）覆蓋層物性參數(shù)的測(cè)試。

    1）在地面進(jìn)行覆蓋層物性參數(shù)的測(cè)試。一般采用地震折射波法、反射法、瑞雷波法進(jìn)行覆蓋層各層介質(zhì)的縱波速度和剪切波速度測(cè)試；采用電測(cè)深法進(jìn)行覆蓋層各層介質(zhì)的電阻率測(cè)試。

    2）在地表、斷面或人工坑槽處進(jìn)行覆蓋層物性參數(shù)的測(cè)試。一般可采用地震波法和電測(cè)深法對(duì)所出露地層進(jìn)行縱波速度、剪切波速度、電阻率等參數(shù)的測(cè)試。

    3）在鉆孔內(nèi)進(jìn)行覆蓋層物性參數(shù)的測(cè)試。一般采用地球物理測(cè)井、速度檢層等方法測(cè)定鉆孔中覆蓋層的密度、電阻率、波速等參數(shù)，確定各層厚度及深度，配合地面物探了解物性層與地質(zhì)層的對(duì)應(yīng)關(guān)系，提供地面物探定性及定量解釋所需的有關(guān)資料。

2、隱伏斷層探測(cè)

    ·探測(cè)內(nèi)容

（1）斷層位置、產(chǎn)狀

（2）破碎帶寬度。

（3）斷層物性參數(shù)（電阻率、波速、密度、孔隙度）測(cè)試。

    ·探測(cè)方法選擇

探測(cè)陷伏構(gòu)造的物探方法較多，應(yīng)根據(jù)探測(cè)任務(wù)（內(nèi)容）層的埋深、規(guī)模、覆蓋層性質(zhì)、斷巖與圍巖物性差異、地形條件、干擾因素等選擇一種或兩種地質(zhì)效果比較確切的物探方法。以一種方法為主，另一種方法為輔。解決唯一地質(zhì)問(wèn)題一般不必同時(shí)并列使用幾種方法。

（1）隱伏構(gòu)造（斷層破碎帶）位置、規(guī)模和延伸情況探測(cè)。

可選用折射波法、反射波法、電剖面法、高密度電法、電測(cè)深、瞬變電磁法、大地電磁測(cè)深和孔間CT、瑞雷波法、放射性測(cè)量等。其中：

    1）當(dāng)覆蓋層厚度小于30m，尤其是探測(cè)火成巖和變質(zhì)巖中的斷層時(shí)，選用淺層折射波法，一般都可取得較好的地質(zhì)效果。

    2）探測(cè)沉積巖層中具有明顯垂直斷距的斷層時(shí)，且選用淺層反射法。

    3）當(dāng)覆蓋層厚度小于30m、沿測(cè)線地形比較平緩時(shí)，宜選擇聯(lián)合剖面法作普查、高密度電法作詳查、電測(cè)深作輔助方法。

    4）當(dāng)覆蓋層厚度大于50m時(shí)，宜采用可控源音頻大地電磁測(cè)深法。

    5）探測(cè)兩鉆孔間的斷層位置、規(guī)模和延伸情況可采用孔間CT或電磁波CT。

    6）當(dāng)斷層破碎帶具有較好的透氣性和滲水性，有放射性氣體沿?cái)嗔褞仙降孛鏁r(shí)，可采用放射性測(cè)量。

（2）斷層物性參數(shù)測(cè)試。

當(dāng)鉆孔打穿了斷層時(shí)，可選用地球物理測(cè)井方法測(cè)試斷層的物性參數(shù)。

    1）測(cè)試斷層的電阻率可采用電阻率測(cè)井。

    2）測(cè)試斷層的波速可采用聲速測(cè)井，此外折射波法變亦可依據(jù)界面速度提供較大斷層的波速。

    3）測(cè)試斷層的密度可采用γ-γ測(cè)井。

    4）測(cè)試斷層的孔隙度可采用聲速井和γ-γ測(cè)井。

·工作布置

   （1）測(cè)線方向宜垂直斷層的走向，或者根據(jù)勘探的需要與地質(zhì)勘探線一致。

   （2）在山區(qū)布置測(cè)線時(shí)，宜沿地形等高線或順山坡布置；河谷區(qū)測(cè)線宜順河流方向或垂直河流方向布置。測(cè)線應(yīng)避開干擾源。

   （3）在斷層走向不明的測(cè)區(qū)，試驗(yàn)階段且布置十字形測(cè)線。

    3、巖溶探測(cè)

   ·探測(cè)內(nèi)容

    1）地表喀斯特中溶溝、溶槽、溶蝕洼地的巖面起伏、形態(tài)和覆蓋層厚度以及漏斗、落水洞等的發(fā)育位置、規(guī)模和形態(tài)。

    2）地下喀斯特的發(fā)育位置、規(guī)模、形態(tài)與延伸以及巖溶水的賦存情況。

·探測(cè)方法的選擇

 根據(jù)喀斯特的各項(xiàng)物理特性，結(jié)合此類地區(qū)性的特殊地質(zhì)條件可進(jìn)行以下選擇。

    1）當(dāng)基巖裸露時(shí)，主要使用探地雷達(dá)，可選用瞬變電磁法、淺層反射波法探測(cè)中、淺部地下喀斯特。

     2）當(dāng)覆蓋層較薄時(shí)：

    ①地表喀斯特探測(cè)主要使用高密度電法，可選用瞬變電磁法、淺層折射波法。

    ②中、淺部地下喀斯特探測(cè)主要使用高密度電法、淺層反射波法，可選用電剖面法、探地雷達(dá)、瞬變電磁法。

    ③中、深部地下喀斯特探測(cè)主要使用音頻大地電磁測(cè)深和可控源音頻大地電磁測(cè)深。

    3）當(dāng)?shù)乇砀采w層較厚時(shí)，主要使用音頻大地電磁測(cè)深和可控源音頻大地電磁測(cè)深法探測(cè)地下喀斯特及規(guī)模較大的地表喀斯特。

    4）探測(cè)隧洞及鉆孔周圍0～20m范圍的喀斯特使用探地雷達(dá)，探測(cè)鉆孔0～2m范圍內(nèi)的喀斯特使用聲波法。

    5）詳細(xì)探測(cè)喀斯特的位置、規(guī)模、延伸、充填情況CT探測(cè)。

    6）探測(cè)孔壁地層溶蝕情況、暗河或泉水在鉆孔中的位置、喀斯特地下水位等使用綜合測(cè)井。

喀斯特與圍繞巖之間存在著明顯的物性差異，但其體態(tài)不具備層狀特征，存在空間上的不均一性和水文地質(zhì)條件的復(fù)雜性，尤其常常伴隨復(fù)雜的地形地質(zhì)條件，實(shí)際工作中應(yīng)根據(jù)其發(fā)育特點(diǎn)，合理選擇相適應(yīng)能力的方法，當(dāng)?shù)厍蛭锢項(xiàng)l件較理想時(shí)，可有針對(duì)性地選擇效果較好的單一方法，當(dāng)?shù)厍蛭锢項(xiàng)l件不理想時(shí)，盡可能使用多種方法進(jìn)行綜合探測(cè)，以取得較好的地質(zhì)效果。

    受工作條件、探測(cè)精度及其他方法特點(diǎn)的限制，地面探測(cè)一般用于工程前期勘測(cè)階段，以普查和了解喀斯特發(fā)育規(guī)律為主，為整體方案的可行性提供依據(jù)；孔內(nèi)方法和探地雷達(dá)等精度較高、探測(cè)范圍相對(duì)較小的方法則主要用于工程在建期間，有針對(duì)性性地查明重點(diǎn)部位喀斯特發(fā)育情況，為施工處理方案的制定提供依據(jù)。

·工作布置

   （1）測(cè)線、測(cè)點(diǎn)按先面后點(diǎn)、先疏后密、先地面后地下、先控制后一般的原則布置。

   （2）測(cè)線一般垂直于喀斯特發(fā)育帶，如需追蹤其延伸，可平平行布置垂直于延伸方向的多條測(cè)線，。

   （3）測(cè)線應(yīng)與其他勘探線或有已知資料的地段重合，便于解釋計(jì)算過(guò)程中獲取參數(shù)，減少誤差。當(dāng)使用綜合方法進(jìn)行探測(cè)時(shí)，各種方法的測(cè)線應(yīng)重合，以獲得綜合分析解釋推斷。

   （4）測(cè)線間距主要根據(jù)任務(wù)要求和溶洞大小與埋深等因素決定。

   （5）當(dāng)發(fā)現(xiàn)或預(yù)計(jì)有可能存在危害工程的洞隙時(shí)，應(yīng)加密測(cè)點(diǎn)。

     4、地下水勘察中的應(yīng)用

     1）確定覆蓋層厚度及基巖起伏形態(tài)，確定含水層（砂卵石）的分布、厚度、埋深，選用高密度電法、電測(cè)深法、電磁法。

     2）探測(cè)地層富水性能，用激發(fā)極化法。

     3）古河道、山前洪積扇地下水的調(diào)查，選用高密度電法、電阻率測(cè)深、電阻率剖面、瞬變電磁法與可控源音頻大地電磁測(cè)深法。

    4）在砂泥巖地層分布中探測(cè)砂巖孔隙、裂隙水，選用電阻率法和激發(fā)極化法。

    5）探測(cè)基巖構(gòu)造裂隙水，尋找構(gòu)造位置，選用電磁法、電法、放射性法、地震法。

    6）探測(cè)基巖風(fēng)化殼厚度及富水性，選用高密度電法、電測(cè)深法與激發(fā)極化法。

    7）巖溶地下水的探測(cè)，選用電阻率測(cè)深法、激發(fā)極化法、電磁法、探測(cè)斷裂構(gòu)造，可選擇電法、地震及放射性綜合物探方法。

   ·工作布置原則

    1）在平原區(qū)和河谷地區(qū)，剖面方向應(yīng)垂直于河流方向布置

    2）山前洪積扇地區(qū)，剖面方向應(yīng)垂直于地下水徑流方向布置

    3）探測(cè)儲(chǔ)水構(gòu)造剖面應(yīng)垂直于構(gòu)造走向布置，剖面長(zhǎng)度應(yīng)大于構(gòu)造寬度

    4）一般應(yīng)有3條平行剖面來(lái)探查古河道、構(gòu)造的走向及含水層的分布特征。

    5）點(diǎn)距一般為10—20m，巖溶5—10m

  5、工程測(cè)試應(yīng)用

巖土體物理力學(xué)參數(shù)測(cè)試

測(cè)試參數(shù)：縱波速度V_P、橫波速度V_S、瑞雷波速度V_R

測(cè)試方法：波速測(cè)試：?jiǎn)慰追ā⒖缈追?、面波?/span>

     聲波測(cè)井：?jiǎn)慰追?、跨孔?/span>

場(chǎng)地土類型劃分

場(chǎng)地類別劃分

場(chǎng)地卓越周期

洞室圍巖類別

巖石的風(fēng)化程度

巖石完整性

李林元 2016/10/18 10:29:59
s　探地雷達(dá)(GPR)技術(shù)應(yīng)用研究
   探地雷達(dá)是利用超高頻脈沖電磁波（廣譜電磁波--1 MHz~l GHz）探測(cè)地下介質(zhì)的一種地球物理方法，由于具有分辨率較高、高效、直觀、連續(xù)無(wú)破壞性等優(yōu)點(diǎn)，已成為諸多工程地球物理勘探方法中進(jìn)行淺層或超淺層精細(xì)探測(cè)的最有效手段。我國(guó)利用GPR開展對(duì)巖溶工程地質(zhì)勘察始于二十世紀(jì)八十年代初（李瑋等，1995），經(jīng)過(guò)二十多年的不斷探索、總結(jié)和提高，該方法已日漸成熟，同時(shí)也積累了許多實(shí)例和經(jīng)驗(yàn)。隨著信號(hào)處理技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展，探地雷達(dá)儀器在不斷更新，其應(yīng)用范圍也在不斷擴(kuò)大。目前，在工程地質(zhì)勘察、工程質(zhì)量監(jiān)測(cè)、環(huán)境污染調(diào)查與監(jiān)測(cè)、災(zāi)害調(diào)查與監(jiān)測(cè)、考古調(diào)查、采礦工程等諸方面得到了普遍的應(yīng)用，在地下障礙物、公路滑坡調(diào)查、巖溶、破碎帶、裂隙等復(fù)雜地質(zhì)體以及公路路基填方量檢測(cè)等領(lǐng)域也有不少成功的范例（探地雷達(dá)中文文獻(xiàn)10余篇，填寫編號(hào)?。。。?guó)外也很重視用GPR解決巖溶工程地質(zhì)勘察問(wèn)題，10余年來(lái)，美國(guó)、法國(guó)、日本、俄羅斯等先后用GRE技術(shù)開展巖溶找水、巖溶塌陷等工程物探工作，取得了一定效果（文獻(xiàn)）。
    在公路工程巖溶探測(cè)中應(yīng)用GPR需攻克的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題：
h工程場(chǎng)地特有地球物理特征研究；
h探地雷達(dá)工作參數(shù)優(yōu)化選取試驗(yàn)研究；
h高頻電磁波在有耗介質(zhì)中傳播規(guī)律研究；
h復(fù)雜模型體（裂隙帶、滑坡面、滑體邊界、溶洞等）探地雷達(dá)圖像數(shù)值模擬和識(shí)別研究；
h探地雷達(dá)(GPR)多次覆蓋觀測(cè)和基于電磁波機(jī)制的數(shù)據(jù)處理方法研究。
  具體技術(shù)措施：
    充分了解勘察場(chǎng)地的地球物理特征，可做到知己知彼、對(duì)癥下藥。通常，巖溶與其周圍的介質(zhì)存在著較明顯的物性差異（介電常數(shù)、電磁波傳播速度等），尤其是溶洞內(nèi)的充填物與可溶性巖層之間存在的物性差異更明顯。這些充填物一般是土壤、水和空氣等，這些介質(zhì)與可溶性巖層本身由于介電常數(shù)不同形成電性界面，電性介面的存在及強(qiáng)弱是能否精確實(shí)施GPR探測(cè)的重要前提。一般說(shuō)來(lái)巖石和土壤的電導(dǎo)率與其含水量、濕度、密度及礦物成份等有著密切的關(guān)系，兩種介質(zhì)間的相對(duì)介電常數(shù)差別越大，則反射的電磁波能量越多。因此，將加強(qiáng)對(duì)工程場(chǎng)地特有地球物理特征的試驗(yàn)研究，收集可能的鉆探取芯、電化學(xué)分析等資料。
巖溶常常是隱伏的，可溶性巖層上有時(shí)覆蓋有粘性土、砂性土、卵礫石土及混凝土等情況。為此，將注意利用其他物探方法，進(jìn)行對(duì)覆蓋層的巖性、厚度、含水量的研究，以判定是否滿足雷達(dá)探測(cè)的要求；另一方面，裸露巖石也將考慮巖石的潮濕、風(fēng)化、完整程度等因素，為實(shí)際施工中的優(yōu)化參數(shù)設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。
    高頻電磁波在有耗介質(zhì)中傳播十分復(fù)雜，將從雷達(dá)波的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特征上來(lái)建立數(shù)學(xué)物理模型，進(jìn)行理論和實(shí)際試驗(yàn)研究。事實(shí)上，電磁波在地下介質(zhì)中傳播，其能量將因介質(zhì)的吸收而損耗，特別是在高電導(dǎo)巖性介質(zhì)中，如在含水多、含鹽度高的巖石或土壤中損耗更大。依托已完成的國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目有關(guān)電磁場(chǎng)傳播理論成果，我們將進(jìn)行探地雷達(dá)的多次覆蓋觀測(cè)和基于電磁波機(jī)制的數(shù)據(jù)處理方法研究，土（巖）層對(duì)電磁波的吸收，將影響GPR信號(hào)的信噪比和穿透深度，將考慮借用反射地震中的多次覆蓋觀測(cè)技術(shù)，在巖溶區(qū)試驗(yàn)用展開法進(jìn)行GPR觀測(cè)，獲得多偏移距數(shù)據(jù)，研究大偏移距速度分析和動(dòng)校正問(wèn)題?；陔姶挪ㄔ诘叵陆橘|(zhì)中傳播時(shí)實(shí)際服從的是有傳導(dǎo)電流項(xiàng)的麥克斯維方程(而不是聲波方程)，將進(jìn)行直接用麥克斯維方程正演模擬和處理地質(zhì)雷達(dá)數(shù)據(jù)的研究。
研究中將本著從已知到未知的原則，先對(duì)已知區(qū)的異常進(jìn)行分析，了解不同條件下巖溶的雷達(dá)波組特征，建立工區(qū)的典型異常解釋模型，從而推斷隱伏區(qū)的巖溶發(fā)育情況。此外，在項(xiàng)目研究中將重點(diǎn)開展復(fù)雜模型體（裂隙帶、滑坡面、滑體邊界、溶洞等）探地雷達(dá)圖像數(shù)值模擬和巖溶地區(qū)探地雷達(dá)的圖像特征識(shí)別研究，包括裂隙發(fā)育帶的識(shí)別標(biāo)志、滑坡面和滑體邊界的圈定準(zhǔn)則等。探地雷達(dá)圖像的特征可分為溶洞本身和與溶洞有地質(zhì)聯(lián)系的兩種類型，前者發(fā)生在基巖中，視其中的充填情況而具有反射或多次反射及波的強(qiáng)吸收特征；后者則與溶蝕巖上方的覆蓋層有關(guān)，圖像特征比較復(fù)雜。因此，在巖溶地區(qū)進(jìn)行地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)，將結(jié)合具體的地質(zhì)和水文條件，加強(qiáng)理論數(shù)值模擬和實(shí)際試驗(yàn)對(duì)比研究。
    注重多種物探方法的綜合應(yīng)用研究，利用地質(zhì)雷達(dá)只能獲得被測(cè)目的體的頂板反射波，一般情況下難以獲得目的體的底界反射，擬綜合利用物探方法實(shí)現(xiàn)方法間的互補(bǔ)，最大限度地克服地質(zhì)雷達(dá)方法的局限性。
    在探地雷達(dá)時(shí)間剖面中，巖溶的雷達(dá)反射波組與基巖之間差異較大，雷達(dá)不僅能拾取溶洞等形態(tài)較大反射波，有時(shí)對(duì)溶蝕現(xiàn)象也有不同程度的反應(yīng)。總之，地質(zhì)雷達(dá)作為一種非接觸式的物理探測(cè)方法，已被廣泛地用于公路工程方面，車載天線一天可以檢測(cè)300公里以上，與幾年前檢測(cè)公路主要靠打鉆取樣的效率形成天壤之別，擬利用我校已有的地質(zhì)雷達(dá)裝備，在快速檢測(cè)階段用剖面法進(jìn)行高效GPR測(cè)量，在精細(xì)探測(cè)階段研究巖溶的三維雷達(dá)成像。GSSI推出的     Path Finder本身就是三維成像雷達(dá)，集兩個(gè)發(fā)射天線和四個(gè)接收天線于一體，構(gòu)成一個(gè)三維體探測(cè)系統(tǒng)可進(jìn)行全方位暗穴探測(cè)；課題組從事的地震勘探中三維勘探的理論與方法，將為GPR的3D采集、處理和解釋提供技術(shù)基礎(chǔ)，必將提供描述巖溶的立體信息。

電磁法在地質(zhì)勘查工作中的應(yīng)用

一、地球物理（電磁法）方法在地質(zhì)工作中的位置地質(zhì)、地球物理、電法、電磁法的分類。

圖1 電磁法在地球物理方法中的位置及其分支

二、電法按其性質(zhì)分類方式

1、場(chǎng)源分類形式

人工場(chǎng)源（主動(dòng)源）：激電IP、瞬變電磁TEM、井中DHTEM、可控源音頻大地電磁CSAMT、

天然場(chǎng)源（被動(dòng)源）：自電SP、音頻大地電磁AMT、大地電磁MT

可控源與天然源相結(jié)合：EH4

2、激勵(lì)場(chǎng)分類形式·電 源：激電IP、電偶源瞬變電磁TEM、可控源CSAMT、····磁 源：瞬變電磁TEM、井中DHTEM

3、測(cè)量參數(shù)形式·電 場(chǎng)：激電IP、可控源音頻大地電磁CSAMT、····磁 場(chǎng)：瞬變電磁TEM、

4、測(cè)試方式形式·相對(duì)測(cè)量：自電SP、音頻大地電磁AMT、大地電磁MT、····絕對(duì)測(cè)量：

5、響應(yīng)性質(zhì)分類·時(shí) 間 域：自電SP、激電IP、瞬變電磁TEM、····頻 率 域：可控源CSAMT、音頻大地電磁AMT、大地電磁MT。

三、常用電磁法

1、概述電磁法作為電法中的一種形式，它包括了瞬變電磁、可控源音頻大地電磁、音頻大地電磁和大地電磁等。

時(shí)間域電磁法（Time domainele ctromagnetic methods），又稱瞬變電磁法Transient ElectromagneticMethod，簡(jiǎn)稱TEM，習(xí)慣表示瞬變電磁（TEM）。

可控源音頻大地電磁法（Controlled Source Audio-frequency Magneto Tellurics）簡(jiǎn)稱CSAMT法，習(xí)慣表示可控源（CSAMT）。

音頻大地電磁法（Audio-frequency Magneto Tellurics），簡(jiǎn)稱AMT。

大地電磁法（Magneto Tellurics），簡(jiǎn)稱MT。

還有，部分可控源與天然源相結(jié)合的一種大地電磁測(cè)深成像系統(tǒng)EH4。

2、瞬變電磁法（TEM）發(fā)展歷程發(fā)展歷程

瞬變電磁法（TEM）在20世紀(jì)在30年代末，最早是由前蘇聯(lián)學(xué)者考夫曼（A.A.Kofman）和美國(guó)學(xué)者凱樂(lè)（G.V.Keller）共同建立的理論基礎(chǔ)上，提出來(lái)用瞬變電磁信號(hào)解決地質(zhì)構(gòu)造問(wèn)題，50年代 TEM 用于金屬礦勘查，60年代以來(lái)得到發(fā)展。

方法的特點(diǎn)

在低阻覆蓋情況下與其他電法相比，勘查深度大；

觀測(cè)二次場(chǎng)（純異常），可進(jìn)行近場(chǎng)觀測(cè)，旁側(cè)影響?。?/span>

在高阻圍巖地區(qū)不會(huì)產(chǎn)生地形起伏形成的假異常，在低阻圍巖地區(qū)，采用全時(shí)間衰減域觀測(cè)，容易區(qū)分地形異常；

通過(guò)不同時(shí)間窗口的觀測(cè)，可抑制地質(zhì)噪聲干擾；

具有測(cè)深能力。

應(yīng)用領(lǐng)域與效果

由于瞬變電磁法具有上述優(yōu)點(diǎn)，20世紀(jì)90年代以來(lái)，得到了廣泛的應(yīng)用，在解決深部巖層分界、構(gòu)造填圖、尋找礦產(chǎn)資源與水資源等方面，已取得了令人矚目的成效。

代表性的瞬變電磁儀器（國(guó)外部分）

俄羅斯有ЦЭС-3德國(guó)DMT公司有DEM S-IV、S-V（TEAM EX ）德國(guó)Metronix公司的GMS-06加拿大Phoenix公司V-6系統(tǒng)（FasTEM、MulTEM）美國(guó)Zonge公司GDP-32（NanoTEM、ZeroTEM）系統(tǒng)加拿大Geonics公司的PROTEM-37，42，47，57，67（連續(xù)脈沖）系統(tǒng)加拿大Crone公司PTEM系統(tǒng)（連續(xù)脈沖）澳大利亞SIROTEM系統(tǒng)（連續(xù)脈沖）

代表性的瞬變電磁儀器（國(guó)產(chǎn)部分）

我國(guó)70年代初開始著手研究瞬變電磁儀系統(tǒng)，80年代投入生產(chǎn)。相繼研制出多種瞬變電磁儀器?！ぶ袊?guó)地質(zhì)科學(xué)院物探化探研究所研制（連續(xù)脈沖）WDC系列·中南大學(xué)研制（連續(xù)脈沖）SD系列·西安物探研究所研制（單脈沖）EMRS - 2型·北京礦產(chǎn)地質(zhì)研究院研制（單脈沖）TEMS - 3S型·國(guó)產(chǎn)中功率MSD-1型·石油物探局五處有SDF-8建場(chǎng)法儀·國(guó)土資源部現(xiàn)代地球物理儀器開放實(shí)驗(yàn)室（吉林大學(xué)）ATEM-瞬變電磁探測(cè)儀

3、可控源音頻大地電磁測(cè)深（CSAMT）發(fā)展歷程

加拿大學(xué)者D.W.Strangway和他的研究生M.A.Goldstein于1971年提出的可控源音頻大地電磁法。針對(duì)大地電磁法場(chǎng)源的隨機(jī)性和信號(hào)微弱，以致觀測(cè)十分困難這一狀況，他們提出了一種改變方案—采用可以控制的人工場(chǎng)源。他們的論文于1975年公開發(fā)表，從理論和實(shí)驗(yàn)兩方面奠定了可控源音頻大地電磁法的基礎(chǔ)。自70年代中期起，CSAMT法得到實(shí)際應(yīng)用，一些公司相繼生產(chǎn)用于CSAMT測(cè)量的儀器和解釋應(yīng)用軟件。特別是自80年代以來(lái)，方法理論和儀器都得到了很大發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域也擴(kuò)展到普查、勘探石油、天然氣、地?zé)?、金屬礦產(chǎn)、水文、環(huán)境等各個(gè)方面，從而成為受人重視的一種地球物理方法。

方法的特點(diǎn)

工作效率高：用一個(gè)發(fā)射偶極子供電，可以在它兩側(cè)的一個(gè)很大的扇形區(qū)域內(nèi)進(jìn)行測(cè)量，且每一個(gè)測(cè)量點(diǎn)都是一個(gè)測(cè)深點(diǎn)；

勘探深度范圍大：其探測(cè)深度的范圍為幾十米至2-3000m；

垂向分辨能力好：CSAMT的垂向分辨能力與多種因素有關(guān)，如果把可探測(cè)對(duì)象的厚度與其埋藏深度之比定義為垂向分辨率的話，那么，粗略地說(shuō)，它大約是10%到20%；

水平方向分辨能力高：水平分辨能力與發(fā)—收距無(wú)關(guān)，粗略地說(shuō)，約等于接收偶極子距離；

地形影響?。河捎诮邮諘r(shí)所測(cè)的值事實(shí)上進(jìn)行了歸一化，因而地形影響大為減弱；由于是平面波場(chǎng)，因而，測(cè)區(qū)內(nèi)地形影響也較小，且易于校正；

高阻層的屏蔽作用?。菏褂玫氖墙蛔冸姶艌?chǎng)，因而它可以穿過(guò)高阻層，特別是高阻薄層。有些用直流電法無(wú)法探測(cè)到的高阻薄層下的地質(zhì)體。

應(yīng)用領(lǐng)域

有色金屬礦產(chǎn)資源勘查、地?zé)豳Y源勘查、水資源勘查、水文地質(zhì)、工程地質(zhì)勘查、環(huán)境災(zāi)害地質(zhì)等其它。

4、EH4電磁成像系統(tǒng)

（1）簡(jiǎn)介EH4連續(xù)電導(dǎo)率成像系統(tǒng)是由美國(guó)Geometrics公司和EMI公司于20世紀(jì)90年代聯(lián)合生產(chǎn)的一種混合源頻率域電磁測(cè)深系統(tǒng)。EH4電磁成像系統(tǒng)屬于部分可控源與天然源相結(jié)合的一種大地電磁測(cè)深系統(tǒng)。深部構(gòu)造通過(guò)天然背景場(chǎng)源成像（MT），其信息源為10Hz~100kHz。淺部構(gòu)造則通過(guò)一個(gè)新型的便攜式低功率發(fā)射器發(fā)射1~100 kHz人工電磁訊號(hào)，補(bǔ)償天然訊號(hào)的不足，從而獲得高分辨率的成像。

（2）EH4方法原理使用人工源時(shí)要注意近區(qū)，特別是在高阻地區(qū)，使用小功率發(fā)射源時(shí)很容易進(jìn)入近區(qū)。EH4結(jié)合了CSAMT和MT的部分優(yōu)點(diǎn)，利用人工發(fā)射信號(hào)補(bǔ)償天然信號(hào)某些頻段的不足,以獲得高分辨率的電阻率成像。其核心仍是被動(dòng)源電磁法，主動(dòng)發(fā)射的人工信號(hào)源探測(cè)深度很淺，用來(lái)探測(cè)淺部構(gòu)造;深部構(gòu)造通過(guò)天然背景場(chǎng)源成像（MT）。伍岳等在砂巖型鈾礦床上應(yīng)用研究指出:EH4在高阻覆蓋區(qū)具獨(dú)到的優(yōu)越性，可以穿透高阻蓋層;而當(dāng)基底為高阻時(shí)，且基底與上覆砂巖有明顯電性差異時(shí)， EH4能準(zhǔn)確而清晰地探測(cè)出基底的埋深和起伏。申萍、沈遠(yuǎn)超等采用EH4對(duì)橫跨中國(guó)東西的9種不同成因類型的25個(gè)礦床進(jìn)行了研究，結(jié)果表明: EH4連續(xù)電導(dǎo)率成像結(jié)果能夠直觀地反映礦化異常在剖面的形態(tài)、規(guī)模、礦化強(qiáng)度等，是隱伏礦定位預(yù)測(cè)的方法之一。

5、音頻大地電磁法（AMT）

AMT 是利用天然音頻大地電磁場(chǎng)作為場(chǎng)源（頻率范圍為5Hz～10⁴Hz），屬于被動(dòng)源電磁法。觀測(cè)電場(chǎng)和磁場(chǎng)分量，主要解決地質(zhì)構(gòu)造等問(wèn)題。該方法具有設(shè)備輕便的優(yōu)點(diǎn)，其最大的弱點(diǎn)是天然音頻電磁場(chǎng)的信號(hào)太弱，它只有在干擾小的情況下才能取得好結(jié)果。

加拿大Phoenix公司的V5、6、V52000 系列，美國(guó)Zonge公司的GDP系列，都具有AMT的測(cè)量功能。6、大地電磁法（MT）方法原理

大地電磁法（MT）是以天然電磁場(chǎng)為場(chǎng)源的頻率域電磁勘查方法，屬于被動(dòng)源電磁法。大地電磁場(chǎng)可近似地看成是重直入射地面的電磁波。當(dāng)電磁波在地下傳播時(shí)，由于電磁感應(yīng)作用，不同頻率（頻率范圍為10²Hz～10^-4Hz）的電磁場(chǎng)具有不同的穿透深度，通過(guò)研究大地對(duì)天然電磁場(chǎng)的頻率響應(yīng)，可以獲得不同深度電阻率的分布，根據(jù)電性分布的特點(diǎn)，來(lái)解決地質(zhì)問(wèn)題。

方法的特點(diǎn)與應(yīng)用

具有較大的勘測(cè)深度；

不受高阻層屏蔽；

對(duì)低阻層有較高的分辨能力；

工作效率不高（一個(gè)測(cè)點(diǎn)要連續(xù)觀測(cè)5～6h）。

代表性的儀器

美國(guó)EM I公司的大地電磁儀MT - 1型系統(tǒng)

美國(guó)Zonge公司的GDP系列

加拿大Phoenix公司的V系列

中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院物探化探研究所研制的電磁陣列剖面法（EMAP）的14道MT儀

大地電磁法的應(yīng)用

主要用于研究深部地質(zhì)構(gòu)造，普查油（氣）田和地?zé)豳Y源調(diào)查等。據(jù)統(tǒng)計(jì)用于石油天然氣普查的工作量占90%以上，少數(shù)用于深部構(gòu)造研究和地?zé)崽锏目碧健?/span>

文章來(lái)源：山西省煤炭地質(zhì)工程協(xié)會(huì)