（工程地球物理）

中文名

工程地球物理

外文名

engineering geophysics

所属学科

物理学

应用学科

地球物理

应用领域

工程地球物理

将地球物力方法用于获得民用工程的资料。海洋测探、地震反射和折射、侧向扫描声纳、重力、磁法、电法及取样法都可以使用。常用浅层折射来求基岩深度。在水区可用大功率回声探测仪、电火花、空气枪及别的高频地震反射(高至5kHz)法来取得浅层界面反射，由此可列断基岩及充填液体的性质。这些方法也可用来确定海底或探埋海底的大型管线位置，只要探清它们所产生的主绕射。

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。由于各种岩石或地质体在密度、磁性、导电性、弹性、放射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。常用的方法主要有地震勘探、电法勘探、弹性波测试和测井，此外还有放射性勘探、微重力勘探、磁法勘探等。

地震勘探 　由人工激发的地震波，在往地下传播时碰到密度、弹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。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。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，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。

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电法勘探 　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。

弹性波测试 　在岩体或土层中激发弹性波（地震波或声波），用仪器测定岩土体传播这些弹性波（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弹性系数，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。弹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。　测井 　各种地球物理探测技术在钻孔中的应用。工程物探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、弹性波速度、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。

物探方法的理论基础是物理学 。将物理学原理和方法应用于地学，发展成了地球物理学；而其应用于找矿和勘探，又发展成了应用地球物理学。具体说来其基础理论包括：地磁场、地电场、重力场、弹性波、放射性同位素等理论。地球物理勘探方法研究的是地球物理场或某些物理现象，而不是直接研究岩石或地层，这是完全不同于地质方法的。地球物理勘探方法不仅可了解地表或近地表的地质现象，而且通过场的研究，还可获得深部地质现象的信息。主要要有重力勘探、磁法勘探、电法勘探、地震勘探、放射性勘探以及某些参数的物理测井的方法。

早在17世纪人们便尝试用罗盘寻找磁铁矿，20世纪初，各种物探方法才广泛地用于找矿勘探与工程勘察。60年代以来，由于物理学、数学、特别是电子技术、计算机技术的发展，大大促进了各种物探方法以及仪器设备的发展与改革。例如，50年代工程物探常用的光点地震仪已被信号增强型地震仪以及轻便的数字磁带地震仪所替代。地球物理场的观测空间已从地面发展到地下（如地下物探）、水域（如海洋物探）、低空（如航空物探）以至空间的遥感技术等。