電法勘探

通過對人工或天然電場（或電磁場）的研究，獲得巖石不同電學(xué)特性的資料，以判斷有關(guān)水文地質(zhì)及工程地質(zhì)問題。常用的是直流電法勘探，主要研究巖石的電阻率和電化學(xué)活動性，可分為電阻率法、自然電場法和激發(fā)極化法等。

電阻率法

自然界中各種巖石的導(dǎo)電性能不同。一般情況下，巖漿巖、變質(zhì)巖和沉積巖中的致密灰?guī)r的電阻率都很高，超過10～歐姆·米，只有當它受風(fēng)化，構(gòu)造破碎時，由于含泥量增多，水分增加時，其電阻率值才降到102）歐姆·米級或更小。含泥質(zhì)沉積物或含高礦化度地下水的砂礫石層，其電阻率較低（10～102）歐姆·米級）。電阻率法常用于探測風(fēng)化殼的厚度，覆蓋層下新鮮基巖面的起伏、盆地結(jié)構(gòu)形態(tài)、儲水構(gòu)造，追索古河道，圈定巖溶發(fā)育帶，確定斷層位置等。電阻率法的工作原理如圖1所示，通過A、B兩個電極向地下供入電流（IAB），并通過M、N兩個電極測量供電所形成的電位差（ΔUMN）。代入ρ=K·ΔUMN/IAB式，便可計算出電阻率ρ。式中K為裝置系數(shù)，由各電極間的相互距離確定。一般地下并非單一均勻地層，由上式計算的電阻率并不代表某一地層的真電阻率，故稱為視電阻率ρs。電極排列方式（裝置）不同，其探測效果亦異。例如，固定裝置，沿剖面測線逐點測量視電阻率值，可獲得沿剖面線的視電阻率曲線，它反映巖性沿剖面線變化的情況，稱為電剖面法（圖2）。若固定測點，不斷擴大供電電極A、B的距離，使電流在地下分布空間不斷擴大，相應(yīng)的勘探深度則越來越深。其相應(yīng)于不斷增加的電極距（AB/2）的視電阻率曲線（電測深曲線），反映了電阻率隨深度變化的情況，即為電測深法。用量板或計算機程序?qū)η€作解釋，可劃分出不同深度、具有不同電阻率的地層。

自然電場法

當?shù)叵滤诳紫兜貙又辛鲃訒r，毛細孔壁產(chǎn)生選擇性吸附負離子的作用，使正離子相對向水流下游移動，形成過濾電位。因此作面積性的自然電位測量，可判斷潛水的流向。在水庫的漏水地段可出現(xiàn)自然電位的負異常，而在隱伏上升泉處則可獲得自然電位的正異常。

充電法

在井孔的含水層段注入鹽水，并對其充電形成隨地下水流動而運移的帶電鹽水體。在地表觀測到的等電位線形狀與帶電鹽水體的分布形態(tài)有關(guān)。根據(jù)不同時間觀測的等電位線可以判斷地下水的流向并估算其實際流速。充電法還可以用作巖溶區(qū)地下暗河的連通性試驗或探查地下埋設(shè)的金屬管道等。

激發(fā)極化法

實驗室研究表明，含水砂層在充電以后，斷電的瞬間可以觀測到由于充電所激發(fā)的二次電位，該二次電位衰減的速度隨含水量的增加而變緩。在實踐中利用這種方法圈定地下水富集帶和確定井位已有不少成功的實例。但它在理論和觀測技術(shù)方面還有待改進。

地震勘探

通過研究人工激發(fā)的彈性波在地殼內(nèi)的傳播規(guī)律來勘探地質(zhì)構(gòu)造的方法。由錘擊或爆炸引起的彈性波，從激發(fā)點向外傳播，遇到不同彈性介質(zhì)的分界面，將產(chǎn)生反射和折射，利用檢波器將反射波和折射波到達地面所引起的微弱振動變成電信號，送入地震儀經(jīng)濾波、放大后，記錄在像紙或磁帶中（圖3）。經(jīng)整理、分析、解釋就能推算出不同地層分界面的埋藏深度、產(chǎn)狀、構(gòu)造等。常用于探測覆蓋層或風(fēng)化殼的厚度，確定斷層破碎帶，在現(xiàn)場研究巖土的動力學(xué)特性等。可分為折射波法和反射波法兩種。

折射波法

當?shù)卣鸩ㄓ龅缴舷滤俣葀1、v2）不同的界面時，有一部分波將透過界面形成透射波，其透射角β與入射角α的關(guān)系符合斯涅耳定律sinα/sinβ=v1/v2）。對于sinα=v1/v2）的入射波可產(chǎn)生透射角β=90°的透射波，并以v的速度沿界面滑行。這種滑行波又引起個介質(zhì)中質(zhì)點的振動而產(chǎn)生可傳到地面的折射波（也稱首波）。圖4是折射波的傳播示意圖，在B點以前不形成折射波，稱為盲區(qū)。因v大于v1在C點以外，折射波可比直達波先到達檢波器。根據(jù)折射波時距曲線，可算出v1及v，從而推算出界面的深度、產(chǎn)狀等。v的變化反映了界面以下巖性的變化，配合地震波振幅衰減的資料，可確定界面以下巖層軟弱帶或斷層破碎帶。但是折射波法在盲區(qū)得不到記錄，因此需要加大檢波距。當下層速度v2）小于上層速度v1時，不可能形成折射波。

反射波法

反射波形成的條件是界面兩側(cè)的波阻抗（地層速度與密度的乘積）有差異，差異越大反射波越強。圖5是反射波傳播示意圖。由S點激發(fā)的地震波遇到 RR′界面時將產(chǎn)生反射波。根據(jù)反射波從激發(fā)點到檢波器的傳播時間，以及地層的速度，便可計算從激發(fā)點S到反射界面RR′的垂直距離以及界面的傾向和傾角。由于采用信號疊加技術(shù)以及輕便的可控振動器做振源，已經(jīng)可以獲得深度約50米，甚至更淺的淺層反射記錄。

以上所涉及的激發(fā)方式主要產(chǎn)生縱波（壓縮波）。在測定巖石動彈性模量時，常用垂直于測線方向水平激發(fā)的方式產(chǎn)生橫波（剪切波）。水是不傳遞橫波的，故在水文地質(zhì)、工程地質(zhì)勘察中發(fā)展橫波技術(shù)是有前景的。

鉆孔地震波測速法

在鉆孔中利用直達波測定地層波速的方法。有單孔法和跨孔法兩種。單孔測速法是在孔口附近激振，在鉆孔內(nèi)的不同深度上安置探頭測定直達波的初至?xí)r間。探頭是由兩個互為正交的水平檢波器和一個垂直檢波器組成。利用氣壓附壁裝置，可使探頭緊貼井壁。測定縱波速度（vp）時，須作垂直激振。測定橫波速度（vs）時，須作水平激振，通常是在壓有重物的厚木板兩端作水平振擊以激發(fā)橫波。根據(jù)直達波穿過某地層所需的時間及該地層的厚度可算出地層速度?？缈追ǎ▓D6）是在一個鉆孔中激振，在相隔一定距離的另一個鉆孔中觀測直達波的到達時間。對于淺孔，可用木桿插入井底，在地面敲擊木桿的一端進行激振。在較深的鉆孔中可用“附壁式井下錘”激發(fā)橫波。已知激振點到檢波器的距離以及直達波的行進時間便可算出地層波速。

聲波探測

利用聲波（或超聲波）對巖體進行探測的方法。由于頻率高、波長短，因此分辨率高。主要用于測定巖體的物理力學(xué)參數(shù)、確定洞室?guī)r石應(yīng)力松弛范圍、探測溶穴及檢查水泥灌漿效果等。但是，由于巖石對高頻波的吸收、衰減和散射比較嚴重，因而探測的距離不大。聲波探測可分為主動和被動兩種方式。

主動方式

由聲源信號發(fā)生器（發(fā)射機）向壓電材料制成的換能器發(fā)射一電脈沖激勵晶片振動，產(chǎn)生聲波向巖石發(fā)射。聲波在巖體中傳播，經(jīng)接收換能器接收并轉(zhuǎn)換成電信號送至接收機，放大之后在示波管屏幕上顯示波形圖。從波形圖上可直接讀出聲波的初至?xí)r間，再根據(jù)已知的探測距離，計算出聲波速度。

被動方式

觀測巖體由于受力變形過程中所釋放出來的應(yīng)變能引起的聲波?？捎靡粤私鈳r體內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)等。

地球物理測井

地球物理方法在鉆井中的應(yīng)用。工程物探中常用的有視電阻率測井、自然電位測井、天然放射性測井、聲波測井等。綜合分析幾條測井曲線可劃分鉆孔地層巖性剖面。用中子－伽瑪測井或聲波測井方法可以測定地層的孔隙度。自然電位測井方法還可以在泥漿鉆孔中分層測定地下水的礦化度。利用井液電阻率測井或井中流速儀可以研究鉆井中地下水的運動。井中攝影和井中光學(xué)電視可以獲得鉆井剖面的實際圖像，而超聲電視測井則可以在泥漿中獲得清晰的孔壁圖像，可區(qū)分巖性、查明裂隙、溶穴、套管的裂縫等，甚至可以確定巖層的產(chǎn)狀。不同測井方法的井下探測器各有其特點。但是所測量的參數(shù)均將轉(zhuǎn)換成電訊號，通過電纜傳輸?shù)降孛鏈y井儀中并記錄在像紙、紙帶或磁帶上。

井中無線電波法

無線電波是指頻率在幾十萬赫至幾十兆赫電磁波。當它在地下介質(zhì)中傳播遇到低阻的地質(zhì)體時常被強烈吸收而大大衰減。在巖溶地區(qū)，用它探測溶洞效果甚好。工作時，將發(fā)射機和接收機分別置于相隔一定距離的兩個鉆孔內(nèi)，若兩孔之間都是均質(zhì)的高阻灰?guī)r時，沿井軸各點接收到的無線電波信號較強，如果在剖面上有低阻的充水溶洞等存在時，則在低阻體的背面形成一個無線電波信號被強烈衰減的陰影。運用“交會法”即可圈定被測異常體的位置和輪廓。

磁法勘探

根據(jù)巖石的磁性差異所形成的局部磁性異常來判斷地質(zhì)構(gòu)造的方法。在工程勘察中，主要用于圈定巖漿巖體，特別是磁性較強的基性巖漿巖體，尋找有巖漿巖活動的斷裂接觸帶，追索第四紀沉積物覆蓋下的巖性界線等。大面積航空磁測資料可提供有關(guān)區(qū)域性的斷裂構(gòu)造、結(jié)晶基底的起伏等，為評價區(qū)域穩(wěn)定性及尋找有利的儲水構(gòu)造提供依據(jù)。

重力勘探

根據(jù)巖體密度差異所形成的局部重力異常來判斷地質(zhì)構(gòu)造的方法。常用以探測盆地基底的起伏和斷層構(gòu)造等。采用高精度重力探測儀有可能探測一些埋深不大并且具有一定體積的地下空洞。

放射性勘探

不同巖石所含放射性元素的含量不同。因此通過探測由放射性元素在蛻變過程中產(chǎn)生的 у射線強度，可以區(qū)分巖性。近年來利用天然放射性測量探測基巖裂隙地下水（如用測量у強度、能譜、α徑跡法等找水）獲得成功。此外，放射性同位素常用作研究地下水及其溶質(zhì)運動的示蹤劑。