什么是工程地球物理勘探?

[拼音]：gongcheng diqiu wuli kantan

[外文]：engineering geophysical exploration

应用地球物理学的原理进行工程地质、水文地质调查的勘探和测试方法。它是地球物理勘探的一个分支，简称工程物探。各种岩石或地质体在密度、d性、放射性、磁性等物理性质上存在着差异。人们用不同方法和不同仪器，测量其天然或人工的地球物理场，并分析研究由于这些物理性质差异而引起物理场的变异，再经推断解释，以了解地下地质情况；或利用仪器直接测定岩体的物理特性，提供工程设计需要的参数。水利工程地质勘察中广泛而正确地运用工程物探，可加快勘测速度，降低成本，还可得到岩体原位的物性参数，对工程地质条件的定量评价起到促进作用。中国水利工程地质勘察中应用工程物探始于20世纪50年代初。目前常用的方法主要有地震勘探、电法勘探、d性波测试和测井，此外还有放射性勘探、微重力勘探、磁法勘探等。

由人工激发的地震波，在往地下传播时碰到密度、d性不同的两种介质的分界面就要发生波的反射、透射和折射。其中反射波直接返回地面，透射波即透过界面进入下部地层(图1)。唯有入射角θ1(射向界面时与界面法线的夹角)等于临界角i(其值由上、下地层的地震波传播速度υ1与υ2之比决定)的那部分地震波，在抵达分界面后将沿入射角平面产生折射，以界面速度(即下部地层的波速υ2)在界面上向前滑行，并在所到之处随即形成一种新波，此新波以与界面法线呈临界角i射向地面，称其为折射波(图2)。反射波和折射波返回地面被预置的检波器接收，并由地震勘探仪记录从震源出发到达检波点的传播时间和振动特性。震源周围有接收不到折射波的区域称为盲区，图2中用盲区半径来表示它的范围。传播时间是由这些波的行程和沿途介质的地震波速度决定的。在震源与检波点间的距离选定后，波的行程就取决于界面深度，故可借此进行地质勘探。利用反射波的称为反射波法，利用折射波的称为折射波法。

由于工程勘察的勘探深度较浅，折射波法比反射波法干扰少，容易识别，且能测定界面速度，从而了解下层的岩性和探查断层等，因此应用比较普遍。但折射波法要求震源强度大，又有盲区和下层波速必须高于上层的限制。为了避免这些缺点，近年来工程勘察部门对浅层反射波法也在加强研究和实验。地震勘探在水利工程勘察中主要用来测定地质界面的深度和形态，如覆盖层、风化层、滑坡体的厚度和地下水位，以及探查断层、破碎带等(见彩图)。反射波法还可探查岩溶洞穴。

方法种类繁多，水利工程勘察中常用的有下列各种。

（1）电阻率法是利用地质体导电性的差异，建立人工电场并进行观测，求得某个测点下面不同深度或剖面上不同测点的视电阻率后，再进行推断和地质解释。前者称为电测深法，后者称为电剖面法。电测深法用以探测比较平缓的岩层和成层地质体的垂向分布，如测定覆盖层、风化层厚度等。电剖面法则可探查水平向地质情况的变化，如寻找断层破碎带、进行地质填图等。

（2）充电法是对良导电体充电，在地面观测电场的形态，用来测定地下水的流向流速及追索岩溶暗河等。

（3）自然电场法是测量地层过滤吸附作用造成的渗透电场，用来进行地下水流向测定等水文地质调查工作，还可用于探查水库的渗漏地段和岩溶。

（4）激发极化法是利用离子导体的激发极化效应，测定岩体的视极化率等参数，可进行岩溶调查、寻找断层破碎带、测定含水层位置等有关地下水资源和水库渗漏方面的探查工作。

（5）甚低频法、无线电波透视法和地质雷达法是利用地质体对电磁波的传播、吸收、反射特性，分别用以查找浅部的、两个钻孔（或探洞）之间和地下洞室周围存在的岩溶、断层破碎带等。

在岩体或土层中激发d性波（地震波或声波），用仪器测定岩土体传播这些d性波(包括纵波与横波) 的速度以及传播过程中能量的衰减等特征，从而求得岩土体的动态d性系数，评价岩土体的力学特性。此法与地震勘探不同，它多数是利用直达波。d性波测试可为岩体的工程地质分类提供依据，测定地下洞室围岩的松弛范围，进行灌浆效果的检查，坝基建基面和桩基质量的无损检测，还可为工程建筑物的抗震设计和砂层液化研究提供参数。

各种地球物理探测技术在钻孔中的应用。工程物探目前采用的测井方法主要有：

（1）电测井，包括电阻率与自然电位测井；

（2）声测井，包括声速和声幅测井；

（3）放射性测井，包括自然伽玛、伽玛-伽玛、中子-伽玛测井和放射性同位素示踪等；

（4）温度测井；

（5）超声成象测井；

（6）电磁波测井。此外，还有利用工业电视设备对孔壁直接观察的钻孔电视以及对钻孔直径和井斜的测量等。测井方法的综合运用，可以详细划分钻孔地质剖面，探测软弱夹层，确定断层及裂隙、破碎带的位置与产状，测定地层的电阻率、d性波速度、孔隙度、密度、含泥量、含水量，确定含水层的位置，测定地下水的矿化度和流速、流向等。

此外，水利工程勘察中应用还不很普遍的几种物探方法有：放射性勘探是在地面测量放射线强度以探查断层或进行环境放射性污染的检测；微重力勘探是利用微重力仪测量重力场异常以探测岩溶洞穴等地质现象；磁法勘探是测量地磁场异常以探查含磁性矿物的地质体。

各种物探方法均有各自的特长，也都有其方法原理所决定的局限性，且在很多情况下单一方法的资料有多解性，为了取得比较理想的勘测效果，必须针对具体的工作任务，因地制宜，选择几种有效的方法进行综合物探。

参考书目

长春地质学院《水文地质工程地质物探教程》编写组编：《水文地质工程地质物探教程》，地质出版社，北京，1980。