發(fā)布時(shí)間：2017-11-06 17:40

  本文關(guān)鍵詞：地球物理勘探

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　　一、物探及其分類

　　二、物探方法簡介

　　三、物探方法的特點(diǎn):

　　四、物探方法的應(yīng)用范圍與應(yīng)用條件

　　五、物探在工程勘探中的應(yīng)用

　　一、物探及其分類

　　1、地球物理勘探

　　地球物理勘探，簡稱物探，是以地下巖體的物理性質(zhì)的差異為基礎(chǔ)，通過探測地表或地下地球物理場，分析其變化規(guī)律，來確定被探測地質(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)境問題為目的的一類探測方法。

　　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：物理場可理解為某種可以感知或被儀器測量的物理量的分布。地球物理場是指由地球、太空、人類活動等因素形成的、分布于地球內(nèi)部和外部近地表的各種物理場�？煞譃樘烊坏厍蛭锢韴龊腿斯ぜぐl(fā)地球物理場兩大類。

　　天然場；天然存在和形成的地球物理場主要有地球的重力場、地磁場、電磁場、大地電流場、大地?zé)崃鲌觥⒑宋锢韴觯ǚ派湫陨渚�場）等

　　人工場：由人工激振產(chǎn)生彈性波在地下傳播的彈性波場、向地下供電在地下產(chǎn)生的局部電場、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。人工場源的優(yōu)點(diǎn)是場源參數(shù)書籍、便于控制、分辨率高、探測效果好，但成本較大。

　　地球物理場還可分為正常場和異常場。

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

　　異常場：是由探測對象所引起的局部地球物理場，往往疊加于正常場之上，以正常場為背景的場的局部差異和變化。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，疊加在正常磁場之中；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，分別引起重力場局部增強(qiáng)或減弱的異�，F(xiàn)象。

　　2、地球物理勘探分類

　　地球物理勘探分類簡表

　　分類方法

　　分類

　　分類方法

　　分類

　　按探測方法或探測物理性質(zhì)

　　重力勘探

　　按探測對象應(yīng)用領(lǐng)域

　　資源類物探

　　石油物探

　　煤田物探

　　金屬非金屬物探

　　放射性物探

　　磁法勘探

　　電法勘探

　　（直流）電法勘探

　　電磁法勘探

　　地震勘探

　　折射波法

水工環(huán)物探

　　水文物探

　　反射波法

　　工程物探

　　透射波法（直達(dá)波法）

　　環(huán)境物探

　　瑞雷波法

　　深部物探

　　放射性勘探

　　地球物理測井

　　按工作環(huán)境

　　地面物探

　　航空物探

　　彈性波測試

　　地震波法

　　海洋物探

　　聲波法

　　地下物探

　　二、物探方法簡介

　　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的變化（即“重力異常”）來勘探礦產(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的變化，并疊加在地球的正常重力場上。

　　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強(qiáng)度的變化（即“磁異常”）來勘探礦產(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作用下產(chǎn)生的磁性疊加在正常場上形成的，與地質(zhì)構(gòu)造及某些礦產(chǎn)的分布有著密切的關(guān)系。

　　磁法勘探按觀測磁場的方式可以分為地面磁測和航空磁測兩類基本方法。

　　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、電磁場的分布規(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方法。按照電場性質(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、電測深法、充電法、激發(fā)極化法及自然電場法等。

　　交流電法勘探，即電磁法勘探，按場源的形式可分為人工場源（或稱主動場源）和天然場源兩大類。人工場源類電磁法主要有無線電波透射法、甚低頻法、瞬變電磁法、可控源間頻大地測深法、地質(zhì)雷達(dá)法等。天然場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，觀測其在巖體內(nèi)的傳播情況，以研究、探測巖體地質(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)會放射出α、β、γ射線，這些射線穿過介質(zhì)便會產(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)象來尋找放射性元素礦床和解決有關(guān)地質(zhì)問題、環(huán)境問題的一種物探方法。

　　6、地球物理測井

　　地球物理測井，簡稱為測井，就是通過研究鉆孔中巖石的物理性質(zhì)，諸如電性、電化學(xué)活動性、放射性、磁性、密度、彈性以及隙度、滲透性等來解決鉆孔中有關(guān)地質(zhì)問題的一類物方法。

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

　　三、物探方法的特點(diǎn):

　　1、探測地質(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)備觀測和測量地球物理場的信息，并用數(shù)據(jù)處理技術(shù)進(jìn)行處理，對異常進(jìn)行識別和解釋；

　　3、成本低，效率高；

　　4、多解性

　　物探解釋結(jié)果是根據(jù)物探儀器觀測到的地球物理數(shù)據(jù)求解場源體的反演過程，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鉆孔、探井等已知點(diǎn)，對物探解釋提供參數(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。

　　四、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）、測井

　�。�2）水文地質(zhì)勘察及找水

　　劃分地層、探測地質(zhì)構(gòu)造，尋找儲水地層或構(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），測井、地震、放射性、

　　（3）工程地質(zhì)勘察、環(huán)境地質(zhì)勘察

　　探測覆蓋層、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），測井、地震、放射性

　�。�4）工程測試與檢測

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

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

　　2、應(yīng)用條件

　　（1）探測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）探測目的層或目的體相對于埋深具有一定的規(guī)模；

　　（3）探測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

　　常用工程物探方法的應(yīng)用范圍及適用條件

方法名稱

物性參數(shù)

應(yīng)用范圍

適用條件

電法勘探

電阻率法

電剖面法

電阻率

探測地層在水平方向的電性變化，解決與平面位置有關(guān)的地質(zhì)問題，如探測隱伏構(gòu)造破碎帶、斷層、巖層接觸界面位置及巖溶等

目標(biāo)地質(zhì)體具有一定的規(guī)模，傾角大于30°，與周圍介質(zhì)電性差異顯著；地形平緩

電測深法

電阻率

探測地層在垂直方向的電性變化，適宜于層狀和似層狀介質(zhì)，解決與深度有關(guān)的地質(zhì)問題，如覆蓋層厚度、基巖面起伏形態(tài)、地下水位，以及測定巖（土）體電阻率

目標(biāo)地層有足夠厚度，地層傾角小于20°；相鄰地層電性差異顯著，水平方向電性穩(wěn)定；地形平緩

高密度電法

電阻率

電測深法自動測量的特殊形式，適用于詳細(xì)探測淺部不均勻地質(zhì)體的空間頒布，如洞穴、裂隙、墓穴、堤壩隱患等

目標(biāo)地質(zhì)體與周圍介質(zhì)電性差異顯著，其上方無極高阻或極低阻的屏蔽層；地形平緩

充電法

電位

用于鉆孔或井中測定地下水流向、流速，以及了解低阻地質(zhì)體的頒布范圍和形態(tài)

含水層埋深小于50m，地下水流速大于1m/d；地下水礦化度小，覆蓋層電阻率均勻

自然電場法

電位

用于探測地下水的活動情況，也可用于探查地下金屬管道、橋梁、；輸電線路鐵塔的腐蝕情況

地下水埋藏較淺，流速足夠大，礦化度較高

激發(fā)極化法

極化率

探測地下水，測定含水層的埋深和分布范圍，評價(jià)含水層的富水程度

測區(qū)地層存在激電效應(yīng)差異，無游散電流干擾

電磁法勘探

頻率測深法

電阻率

探測斷層、破碎帶、巖溶及地層界面

目標(biāo)地質(zhì)體與周圍介質(zhì)電性差異顯著，覆蓋層電阻率不能太低

瞬變電磁法

電阻率

探測斷層、破碎帶、巖溶及地層界面，，調(diào)查地下水和地?zé)崴矗Χê捅O(jiān)測地下水污染，探查堤壩隱患和水庫滲漏

目標(biāo)地質(zhì)體具有一定的規(guī)模，且相對呈低阻，無極低阻屏蔽層；測區(qū)電磁干擾小

可控音頻大地電磁測深入法

電阻率和阻抗相位

探測中淺部斷層、破碎帶、巖溶等隱伏構(gòu)造和地層界面

目標(biāo)地質(zhì)體具有一定的規(guī)模，與周圍介質(zhì)電性差異顯著；測區(qū)地形平緩，測區(qū)電磁干擾小

探地雷達(dá)

介電常數(shù)和電導(dǎo)率

適用于探測淺部斷層、構(gòu)造破碎帶、巖溶、地質(zhì)災(zāi)害（滑坡、塌陷等）、堤壩隱患和覆蓋層分層，以及隧道施工地質(zhì)超前預(yù)報(bào)等

目標(biāo)地質(zhì)體與周圍介質(zhì)的介電常數(shù)差異顯著

電磁波CT

吸收系數(shù)

適用于探測由鉆孔、平洞、地面等包圍的斷層、破碎帶、巖溶等不良地質(zhì)體

目標(biāo)地質(zhì)體具有一定的規(guī)模，與周圍介質(zhì)的電性差異顯著

地震勘探

直達(dá)波法

波速

測定巖土體的縱、橫波速度，計(jì)算巖土層的動力學(xué)參數(shù)

適用于表層或鉆孔、平洞、探坑、探槽等巖土體

反射波法

波速

探測覆蓋層厚度及不同深度的地層界面

地層之間具有一定的波阻抗差異

折射波法

波速

探測覆蓋層厚度及下伏基巖波速

下伏地層波速大于上覆地層波速

瑞雷波法

波速

探測覆蓋層厚度與不良地質(zhì)體，覆蓋層分層

目標(biāo)地層或地質(zhì)體與圍巖之間存在顯著的波速差異

地震CT

波速

劃分風(fēng)化和破碎巖體、探測斷層、破碎帶、風(fēng)化帶、巖溶等不良地質(zhì)體的位置與規(guī)模

目標(biāo)地層或地質(zhì)體與圍巖之間存在顯著的波速差異

聲波探測

聲波測試

聲速

測定巖體或混凝土的聲波波速，計(jì)算動力學(xué)參數(shù)，測定巖體松弛厚度，評價(jià)巖體的完整性和巖體灌漿效果

適用于表層或鉆孔、平洞、探坑、探槽等裸露的巖體或混凝土

聲波CT

聲速

劃分風(fēng)化和破碎巖體，檢查建基巖體質(zhì)量和灌漿效果，檢測混凝土件及壩體部的缺陷

目標(biāo)體與圍巖之間存在顯著的聲速差異

放射性探測

α射線測量

α射線

探測隱伏構(gòu)造破碎帶和地下水

適用于探測具有較好透氣性和滲水性的構(gòu)造破碎帶

自然γ測量

γ射線

探測隱伏構(gòu)造破碎帶和地下水

適用于探測具有較好透氣性和滲水性的構(gòu)造破碎帶

γ-γ測量

γ射線

測試巖（土）層的原狀密度和孔隙度

適用于鉆孔內(nèi)測量

綜合測井

電測井

電阻率或電位

劃分地層，區(qū)分巖性，確定軟弱夾層、裂隙破碎帶的位置及厚度；確定含水層的位置、厚度，劃分咸、淡水分界面；測定地層電阻率

無套管，有井液孔段

聲波測井

聲速

區(qū)分巖，判斷巖體完整性，確定軟弱夾層、裂隙破碎帶的位置及厚度；測定地層的聲波速度，估算巖體動彈性參數(shù)

無套管孔段

鉆孔電視

圖像

區(qū)分巖性，確定層軟弱夾層、裂隙破碎帶的位置及厚度；了解巖溶發(fā)育情況；測定結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀

無套管，干孔或清水孔段

放射線測井

γ射線

劃分地層，區(qū)分巖性，鑒別軟弱夾層、裂隙破碎帶；測定巖層密實(shí)度和孔隙度

全孔段

井上雷達(dá)

介電常數(shù)和電導(dǎo)率

探測鉆孔周邊斷層、巖溶洞、破碎帶及巖層界面的位置及規(guī)模，判斷含水帶位置

無金屬套管

井徑測量

直徑

測理鉆孔直徑，輔助劃分地層

全孔段

井斜測量

方位與傾角

測量鉆孔的方位角和傾角

無磁性套管

　　（1）直流電阻率法

　　將直流電通過電極接地供入地下，建立穩(wěn)定的人工電場，在地表觀測某點(diǎn)垂直方向（電測深法）或沿某一測線的水平方向（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)問題，常采用不同的電極排列形式和移動方式（稱為裝置），根據(jù)裝置的不同，可將電阻率法分為電測深法、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）電測深法主要用于解決與深度有關(guān)的地質(zhì)問題，包括分層探測如基巖面、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如構(gòu)造破碎帶、喀斯特、洞穴等。

　　2）電剖面法主要用于探測地層、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深和電剖面的雙重特點(diǎn)，探測密度高、信息量大、工作效率高。

　　·應(yīng)用條件

　　1）被探測目的層的分布相對而言于裝置長度和埋深近水平無限，被探測目的相對于裝置長度和埋深有一定的規(guī)模。被探測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)界面對應(yīng)。

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

　　4）測區(qū)內(nèi)沒有較強(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）電測深法要求地下電性層次不多，被探測各層與供電極距相比水平無限，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；在各種測量裝置中，四極對稱裝置能更準(zhǔn)確并經(jīng)濟(jì)地解決問題，應(yīng)用羅為廣泛，其他裝置的應(yīng)用條件則相對較為嚴(yán)格。

　　7）電剖面法探測的地質(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）探測第四紀(jì)覆蓋層厚度。

　　2）探測地層分層。

　　3）探測隱伏巖溶及構(gòu)造（斷層、裂隙層、破碎帶）。

　　4）探測塌滑體厚度。

　　5）探測地下水，確定含水層厚度。

　　·應(yīng)用條件

　　1）被探測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)界面對應(yīng)。

　　2）被探測目的層或目的體位于探測盲區(qū)以下。

　　3）各地層及目的體電性穩(wěn)定。

　　4）測區(qū)內(nèi)沒有較強(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）天然電磁場信號強(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。

　　·優(yōu)點(diǎn)和局限性

　　（1）主要優(yōu)點(diǎn)。

　　1）使用電磁波頻率豐富，探測深度范圍較大，可從幾十米至上千米。

　　2）不高阻屏蔽，對低阻分辨率高，對勘測場地范圍要求低。

　　3）受地形影響小。

　�。�2）主要局限性。

　　1）抗電磁干擾能力差。

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

　　3）對于硬質(zhì)出露地區(qū)，裸露巖石致密堅(jiān)硬，會大大限制電偶極子場源送入地下的電流強(qiáng)度，并導(dǎo)致測量電極接地電阻過高，干擾信號過強(qiáng)，有效信號太弱等不利影響，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，對淺部具有速度差異的地層或構(gòu)造進(jìn)行探測的一種地震方法，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）探測第四紀(jì)覆蓋層厚度及其分層，或探測基巖面埋藏深度、埋藏深槽、古河床及其起伏形態(tài)。

　　2）探測風(fēng)化卸荷帶厚度。

　　3）探測隱伏構(gòu)造（斷層、裂隙帶、破碎帶）。

　　4）探測塌滑體厚度。

　　5）探測松散層中的地下水位，確定含水層厚度。

　　6）測試巖土體縱波速度，用速度對巖體進(jìn)行完整性分類。

　　7）檢測巖體質(zhì)量。

　　·應(yīng)用條件

　　1）適用于層狀和似層狀介質(zhì)的探測。

　　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)無穿透現(xiàn)象。

　　6）被探測的目的體（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別。

　　2）探測深度范圍廣，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)問題面較廣，從探測覆蓋層厚度及其分層到解決構(gòu)造問題，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，要求勘探場地較開闊。

　　4）所需激發(fā)能量大。當(dāng)松散層厚度超過10m時(shí)，一般使用炸藥震源；當(dāng)探測深度大于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，對淺層具有波阻抗差異的地層或構(gòu)造進(jìn)行探測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）探測第四紀(jì)覆蓋層厚度及其分層或探測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）探測風(fēng)化帶厚度（全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化）。

　　4）探測有明顯斷距的隱伏斷層構(gòu)造。

　　5）探測滑坡體厚度。

　　6）探測喀斯特溶洞。

　　7）探測松散層中的地下水位和確定含水層厚度。

　　8）巖土體縱橫波速測試。

　　通常多選用效率較高、探測深度較大的縱波反射法解決上述工程地質(zhì)問題，僅在探測淺部（＜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（與垂直疊加信號增強(qiáng)配合使用）從而免除使用爆炸震源時(shí)購買、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)的測區(qū)開展反射波法勘探。

　　4）所需勘探場地較小，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�。�

　　2）探測基巖面埋藏深度時(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，勘探深度較小（一般小于四五十米）。

　　（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。

　　·應(yīng)用范圍

　　1）工程地質(zhì)勘察：探測覆蓋層厚度、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)，探測滑坡體的滑動帶和滑動面起伏形態(tài)，巖體風(fēng)化分帶，探測構(gòu)造破碎帶。

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

　　3）地下隱埋體探測，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。

　　·應(yīng)用條件

　　1）探測場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道距長度范圍之內(nèi)，且被探測地層應(yīng)是層狀和似層狀介質(zhì)。

　　2）被探測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，否則將增大探測誤差工。

　　5）被探測的斷層應(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）所需勘探場地較小，探測深度與測點(diǎn)排列長度基本相當(dāng)，可在較狹窄的河谷、山谷開展工作。

　　5）測點(diǎn)瑞雷波資料經(jīng)過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)的其他動參數(shù)。

　�。�2）瑞雷波法的局限性（缺點(diǎn)）。

　　1）因瑞雷波勘探是對整個(gè)瑞雷波排列長度范圍內(nèi)地層的綜合反映，對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)瑞雷波探測誤差，這種情況下需要減小點(diǎn)距、加大連續(xù)剖面探測工作量。

　　2）在進(jìn)行瑞雷波速度反演計(jì)算時(shí)，需借助測區(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

　　·探測內(nèi)容

　�。�1）覆蓋層厚度探測。

　�。�2）覆蓋層分層。

　�。�3）覆蓋層物性參數(shù)測試。

　　·探測方法的選擇

　　覆蓋層厚度探測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（電測深法、高密度電法）、電磁法勘探（大地電磁測深入、瞬變電磁測深、探地雷達(dá)）、水聲勘探、綜合測井、彈性波CT等。覆蓋層巖（土）體物性參數(shù)測試常采用的物探方法主要有地球物理測井、地震波CT、速度檢層等。

　　覆蓋層厚度探測與分層應(yīng)結(jié)合測區(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），一般可選擇電測深法、地震反射波法、電磁測深等方法；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、電磁測深等物探方法。

　　2）根據(jù)測區(qū)地形條件選擇物探方法。當(dāng)場地相對平坦、開闊、無明顯障礙物時(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（電測深法、高密度電法）等物探方法；當(dāng)場地相對狹窄或測區(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)測為主的電測深法、瑞雷波法和電磁測深等物探方法。

　　3）在水域進(jìn)行覆蓋層厚度探測時(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深法等物探方法；在庫區(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。地下水位往往會構(gòu)成良好的波速、波阻抗議和電性界面，當(dāng)需要對覆蓋層飽水介質(zhì)與不飽水介質(zhì)分層或探測地下水位時(shí)，一般可選擇地震折射波法、地震反射波法和電測深法，但地震折射波法不對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。一般選擇綜合測井、地震波CT、速度檢層等。

　　4）探測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)行跨孔測試或速度檢層測試；在無鉆孔條件下，對分布范圍較大、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)的測試。

　　1）在地面進(jìn)行覆蓋層物性參數(shù)的測試。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試；采用電測深法進(jìn)行覆蓋層各層介質(zhì)的電阻率測試。

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

　　3）在鉆孔內(nèi)進(jìn)行覆蓋層物性參數(shù)的測試。一般采用地球物理測井、速度檢層等方法測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

　　·探測內(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）測試。

　　·探測方法選擇

　　探測陷伏構(gòu)造的物探方法較多，應(yīng)根據(jù)探測任務(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。

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

　　1）當(dāng)覆蓋層厚度小于30m，尤其是探測火成巖和變質(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深法。

　　5）探測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)，可采用放射性測量。

　　（2）斷層物性參數(shù)測試。

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

　　1）測試斷層的電阻率可采用電阻率測井。

　　2）測試斷層的波速可采用聲速測井，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）測試斷層的密度可采用γ-γ測井。

　　4）測試斷層的孔隙度可采用聲速井和γ-γ測井。

　　·工作布置

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

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

　　3、巖溶探測

　　·探測內(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。

　�、壑小⑸畈康叵驴λ固靥綔y主要使用音頻大地電磁測深和可控源音頻大地電磁測深。

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

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

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

　　6）探測孔壁地層溶蝕情況、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，以取得較好的地質(zhì)效果。

　　受工作條件、探測精度及其他方法特點(diǎn)的限制，地面探測一般用于工程前期勘測階段，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、探測范圍相對較小的方法則主要用于工程在建期間，有針對性性地查明重點(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）測線、測點(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線，。

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

　�。�4）測線間距主要根據(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、電測深法、電磁法。

　　2）探測地層富水性能，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、電阻率測深、電阻率剖面、瞬變電磁法與可控源音頻大地電磁測深法。

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

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

　　7）巖溶地下水的探測，選用電阻率測深法、激發(fā)極化法、電磁法、探測斷裂構(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）探測儲水構(gòu)造剖面應(yīng)垂直于構(gòu)造走向布置，剖面長度應(yīng)大于構(gòu)造寬度

　　4）一般應(yīng)有3條平行剖面來探查古河道、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、工程測試應(yīng)用

　　·巖土體物理力學(xué)參數(shù)測試

　　測試參數(shù)：縱波速度VP、橫波速度VS、瑞雷波速度VR

　　測試方法：波速測試：單孔法、跨孔法、面波法

　　聲波測井：單孔法、跨孔法

　　相關(guān)參數(shù)：

　　土層等效波速

　　場地卓越周期：

　　動泊松比μd

　　動剪切模量

　　動彈模量VSe

　　風(fēng)化速度比Kw=VP/VPr

　　完整系數(shù)

　　應(yīng)用

　　場地土類型和場地類別劃分

　　場地土類型劃分

　　場地土類型

　　堅(jiān)硬場地土

　　中硬場地土

　　中軟場地土

　　軟弱場地土

土層剪切波速

　　VS＞500

　　500≥VSe＞250

250≥VSe＞140

VSe≤140

　　場地類別劃分

　　場地土類型

覆蓋層厚度d0v

0

0＜d0v≤3

3＜d0v≤9

9＜d0v≤80

d0v＞80

堅(jiān)硬場地土

Ⅰ

中硬場地土

Ⅰ

Ⅰ

Ⅱ

Ⅱ

中軟場地土

Ⅰ

Ⅱ

Ⅱ

Ⅲ

軟弱場地土

Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

Ⅳ

　　場地卓越周期

場地類別

土的名稱

卓越周期

Ⅰ

穩(wěn)定巖石

0.1～0.2

Ⅱ、Ⅲ

一般土層

0.15～0.4

Ⅳ

松軟土層

0.3～0.7

　　洞室圍巖類別

　　圍巖類別

　�、�

　　Ⅱ

　�、�

　　Ⅳ

　�、�

　　Ⅵ

縱波速度（km/s）

　�。�4.50

　　3.5～4.5

　　2.5～4.0

　　1.5～3.0

　　1.0～2.0

　�。�1.0

　　巖石的風(fēng)化程度

　　風(fēng)化帶

　　未風(fēng)化

　　微風(fēng)化

　　中風(fēng)化

　　強(qiáng)風(fēng)化

　　全分化

波速比Kw

　　0.9～1.0

　　0.8～0.9

　　0.6～0.8

　　0.4～0.6

　　0.2～0.4

　　巖石完整性

　　完整程度

　　完整

　　較完整

　　較破碎

　　破碎

　　極破碎

完整性指數(shù)Kv

　�。�0.75

　　0.75～0.55

　　0.55～0.35

　　0.35～0.15

＜0.15

本文編號：1148638