物探能解決哪些水文地質問題
A. 地面物探方法在水文地質調查中的應用
地面物探方法的種類很多，目前在水文地質調查中應用最普遍的是電法，磁法、放射性探測法和聲波探測法也經常使用。這些物探方法是探測地層岩性、構造和尋找地下水及判定某些水文地質現象的有效手段，但多數的物探方法都是間接的勘查和找水方法。
電法勘探是通過研究天然和人工電場，解決某些地質、水文地質問題的一種方法。電法又可分為很多種，在水文地質工作中的應用亦各有側重（表4-1），其中直流電法應用較多。
1.電阻率法
電阻率法是當前水文地質物探工作中使用最廣，效果較好的方法。該法所測定的電阻率（ρS）可達105Ω·m，超過目前其他任何物探儀器。它可以用來探測含水層的分布及厚度和圈定鹹淡水界面等等。目前，電阻率法在我國水文地質物探工作中約佔80%以上。
前已述及，視電阻率（ρS）是在探測電場分布范圍內各種岩石電阻率的綜合效應和影響。在第四紀鬆散沉積物地區，岩石的顆粒越粗，孔隙越大，透水性越好，地下水循環迅速，礦化度一般較低，因而電阻就高。透水性不好的岩石，礦化度一般較高，所以電阻率就低。即礫石、粗砂的電阻率較高，中細砂次之，粘土最低。在堅硬的基岩地區，岩漿岩的電阻率一般高於沉積岩，緻密岩石的電阻率高於鬆散或破碎（節理、斷裂發育）且含水的岩石，脆性岩石（如灰岩、火成岩等）的電阻率高於柔性、塑性岩石（如泥岩、頁岩、片岩等）。
圖4-4 用自然電場法確定地下水與地表水的補給關系
（a）地下水補給地表水；（b）地表水補給地下水
（1）γ測量法：也稱γ總量測量，它是利用儀器（閃爍輻射儀）測量岩層中鈾、釷、鉀等放射性核素所輻射出的γ射線總強度，根據射線強度（或能量）的變化，發現γ異常或γ射線強度（或能量）的增高地段，從而查明地質、水文地質問題。本方法使用的儀器輕便、工作效率高，對查明岩層分界線和破碎帶有一定效果，但其異常顯示不夠明顯，覆蓋層厚度較大時效果不佳。
（2）α測量法：α測量法是通過測量氡及衰變子體產生的α粒子的數量來勘查地質、水文地質問題。在水文地質工作中用的較多的是α徑跡測量和α卡法，前者所測得的α射線是氡和其他放射性元素共同產生的，而後者所測的僅是氡及其子體所產生的α射線強度，兩種方法的工作原理也基本相同。α測量法用於確定富水構造裂隙帶效果較好。
B. 物探方法的分類
地球物理勘探（簡稱物探）是用物理方法找水、找礦的一種重要的地質勘探手段。它是以地下岩（礦）石間存在物理性質差異為基礎，用物探儀器觀測天然或人工物理場的分布，用以研究地質構造，尋找地下水源和礦產，以及解決其他地質問題的一門學科。不同的岩（礦）石具有不同的物理性質，例如磁鐵礦具有很強的磁性，金屬硫化物礦具有明顯的良導電性和電化學活動性，各類岩（礦）石間都存在密度差異等。這些物理性質的差異能引起天然物理場（如磁場、電場等）或人工物理場的分布差別（稱為物探「異常」）。用物探儀器測得異常，並研究物探異常與被探測對象間的內在聯系，從而能解決一系列找水和地質問題。
由於岩（礦）石物理性質的多樣性，用於地質研究的物探方法很多。根據岩（礦）石的物理性質，可對物探方法進行分類。主要水文物探方法的分類與應用見下表。
主要水文物探方法的分類與應用簡表
續表
續表
對表中幾種主要水文物探方法的實質解釋如下。
（一）電法
電法勘探在水文工程地質調查中應用廣泛，效果良好。電法勘探是利用岩（礦）石間電學性質的差異，觀測和研究人工或天然電磁場的空間和時間分布規律，進行找水、找礦、解決其他地質問題的一類物探方法。岩（礦）石的電學性質主要有導電性（電阻率ρ）、電化學活動性（激發極化特性和自然電位躍變）、介電常數（ε）和導磁性（磁導率μ）。電法具有利用的物性參數多、場源和裝置形式多、觀測要素多以及應用范圍寬等特點。針對不同的地質任務，為適應不同地質條件，電法勘探形成了許多分支和變種。
（二）地震法
地震勘探是以岩石間的彈性差異為基礎，分析地震波在岩石中的傳播規律，用以查明地質構造和解決水文工程地質問題的一種物探方法。地震波由震源點出發向下傳播過程中，遇到有波阻抗差的分界面時產生反射和折射，並傳播到地面。用地震儀按時間序列記錄返回地面接收點的地震波，用計算機計算彈性波在地層中傳播的速度，計算岩層的產狀和埋深，並推斷地質結構。地震勘探在水文工程地質勘查中，主要用來研究地質剖面和構造，確定含水層的分布和岩土物理力學性質等地質問題。地震勘探廣泛用於尋找油、氣和煤田構造。
（三）放射性法
放射性探測是基於岩（礦）石的天然和人工放射性強度，來尋找有用礦產、找水、研究其他地質問題。岩（礦）石或多或少地含有微量的天然放射性元素；岩石中的放射性元素在不同的物理化學條件下經地下水的長期作用，將發生遷移和富集；不同地質體在人工放射線照射下的反應也不同。這些都為放射性測量尋找有用礦產、探測地下水源以及研究其他地質問題提供了物理前提。
（四）地熱法
地熱能由地球內部源源不斷地向地表傳導，形成天然地熱場。地熱探測法以岩石熱傳導性質的差異為基礎，通過測量並研究天然熱場的分布規律，來推斷地質構造和解決水文地質問題。岩石中溫度異常的形成取決於岩石的溫度特性和構造，並在很大程度上與地下水的運移特性有關。充滿於空隙和裂隙中運動著的地下水，能加速地熱能的對流和遷移，從而形成熱異常，地溫測量是一種有效的水文地質調查方法。
（五）磁法
自然界岩石和礦石常常具有不同的磁性，使得電磁場在局部地區產生變化，出現磁異常。利用磁法勘探，發現並研究磁異常，可以尋找有用礦產、推斷地質構造。磁法勘探可以追索圈定賦水花崗岩風化裂隙帶和斷層破碎帶。微磁測量可以尋找擋水岩脈，圈定火成岩體強風化殼的分布范圍。磁法勘探主要用來預測與區域水文工程地質有關的地質構造和深部斷裂。
（六）重力法
重力勘探是以岩（礦）石的密度差異為前提，用高精度重力儀測量地面的重力異常，來調查地質構造和礦產分布。局部地質體的密度與圍岩有差異時，重力分布與區域正常重力分布產生偏差，它與地殼上層構造和有用礦產有關。重力勘探可用於尋找金屬礦產、預測油氣及煤田構造、尋找地熱與地下水。在有利的條件下，高精度重力測量可以推測溶洞的位置。重力勘探主要用來預測與區域水文工程地質有關的地質構造和深部斷裂。
（七）遙感法
遙感技術屬於特高頻電磁法，以攝像方式為主，目前主要應用航空照片（簡稱航片）和衛星圖片（簡稱衛片）進行判釋，信息量豐富、視域廣闊、效率較高。它對水系分布反映清晰，對地貌反映清楚，對岩脈和破碎帶都有清晰的反映。因此，遙感方法適用於圈定山前沖洪積扇並分析河網與古河床的范圍，以及劃定裂隙位置，便於尋找裂隙水。
按照不同測量空間，物探分為地面物探、地下物探、航空物探等。地下物探主要在鑽孔和坑道中觀測。在鑽孔中進行的各種物探測量總稱為地球物理測井，其主要任務是研究井壁周圍岩層的狀態和性質，劃分鑽孔地質剖面和了解地下水的活動規律。
C. 水文地質物探
在水文地質勘察中常來用的物源探方法有: 電阻率法、自然電場法、充電法、測井法、重力法、磁力法、地震法、激發激化法和紅外線法。條件允許時，應盡量採用多種方法，互相對比驗證，以期取得理想結果。使用物探方法必須考慮到地質體的物性等條件，如被探測地質體與圍岩的物性參數差異，地質體與其埋藏深度相比應有一定規模，被探測地質體的異常值能有足夠的顯示。
本次水文物探工作主要布置在地質、水文地質條件復雜，以往工作程度較低的地區。
水文地質物探技術要求遵照本技術要求中 「適用范圍及有關說明」中的有關部門標准執行。
填寫附表 30。
D. 水文物探主要以什麼為主
水文物探主要以地面物探為主。水文物探可分為地面物探 (主要是電法勘探和地震勘探)、測井(包括通用測井、井液電阻率測井和流量測井)和孔間物探(主要是無線電波透視)三大類。電法勘探是應用較廣泛的一種水文物探方法。這首先是由於一些參數，如岩石的濕度，水的種類(結合水、自由水、硬水)，水中雜質含量、地下水類型(孔隙層狀水、裂隙層狀水、裂隙脈狀水等)，會顯著地改變岩石的電學特徵。
岩石中水溶液的分布狀態，是決定該岩石電阻率大小的因素之一。如果水溶液在岩石中呈分散和不連通的方式存在，則對岩層電阻率影響較小，而呈互相連通狀態分布時，則使岩層電阻率大幅度降低。
岩層電阻率與含水孔隙度有明顯的關系，一般說，孔隙度小的岩石，電阻率較高，常可達數百歐姆米甚至數千歐姆米;而孔隙度大滲透性小的岩石(如粘土等)，其電阻率較低，有數歐姆米到數十歐姆米的變化;對於孔隙度大而滲透性強的岩石(如礫岩、砂層等)，其電阻率則隨水文地質條件的不同而有較大的變化范圍。當它們飽含礦化度高的地下水時，電阻率只有數十歐姆米甚至數歐姆米;乾燥時，電阻率可達百歐姆米甚至數千歐姆米。
根據地下水、含水層與非含水層自身及它們之間存在的物性差異，利用地球物理方法來間接判斷水文地質特徵的一種勘探手段，簡稱水文物探。其優點是設備簡單，操作簡便，作業成本較低，效率較高，能較快地連續控制測區概貌，指導專門水文地質勘探工程的設計與施工。它可用於①查明第四系孔隙含水層分布、厚度及埋藏深度，尋找古河道，區分並圈定咸、淡水范圍;②探測基岩表面的起伏和埋深，確定隱伏構造的位置，查明斷層破碎帶、裂隙發育帶及喀斯特發育規律;③測定地下水流速、流向，分析地下水的補給、排泄和徑流條件，圈出可能的富水地段或強徑流帶;④劃分鑽孔水文地質剖面，確定裂隙或喀斯特發育位置，劃分咸、淡水界面，測定地下水礦化度，研究地下水運動特徵。水文物探仍只能用來在特定地區解決特定的水文地質問題。
E. 礦區水文地質物探
7.2.2.1區域水文地質探查的任務及目的
礦井開采前所進行的區域水文地質勘探的主要任務和目的如下:
1)查明和控制礦區區域水文地質條件，確定礦區所處的水文地質單元的位置，詳細查明礦區發育的含水層及各個含水層的地下水補給、徑流、排泄條件，區域地下水對礦區的補給關系，礦區地表水系及氣象因素與地下水的相互關系及相互影響。
2)詳細查明礦區含(隔)水層的岩性、厚度、產狀、分布范圍、邊界條件、埋藏條件，含水層的富水性，礦床與頂底板含水層之間隔水層的厚度及穩定性。著重查明礦區主要充水含水層的富水性、滲透性、水位、水質、水溫、動態變化及地下水流場的基本特徵，特別是要查明礦床頂底板隔水層所承受的靜水壓力，確定礦區水文地質單元的邊界及其水文地質性質。
3)詳細查明礦區和附近對礦井充水有較大影響的構造破碎帶的位置、規模、性質、產狀、充填與膠結程度、風化及溶蝕特徵、富水性和導水性及其變化、溝通各含水層及地表水之間的相互補給關系的程度，分析構造破碎帶及其可能誘發的突水地段，提出開采中對構造水的防治方案原則性建議。
4)詳細查明對礦床開采有影響的地表水的匯水面積、分布范圍、水位、流量、流速及其季節性動態變化規律，歷史上出現的最高洪水位、洪峰流量及淹沒范圍。詳細查明地表水對井巷可能的充水方式、地段和強度，並分析論證其對礦床開採的影響，提出開采過程中對地表水的防治方案原則性建議。
5)在水文地質條件勘探的基礎上，應根據礦井採掘條件和礦井採掘規劃，建立礦井涌水量預測預報模型，選擇合適礦井水文地質條件的涌水量預測方法和計算方法，對全礦礦井涌水量和分水平、采區涌水量進行預測計算。在條件允許時，還應對礦井可能形成的突水水量進行分析評估，為礦井防排水系統和能力設計提供基礎資料。
7.2.2.2采區或工作面水文地質勘探的任務和目的
礦井開采過程中所進行的采區或工作面水文地質勘探的主要任務和目的如下:
1)查明采區或工作面范圍內富水性、補給條件及其重點富含水區段的分布規律及其控制因素。
2)查明采區或工作面范圍內存在的小規模隱伏導水構造，如斷層、裂隙發育帶、喀斯特陷落柱等。查明高壓水在底板隔水層中的原始導高及其分布。查明第四系底部存在的古沖溝、剝蝕沖刷帶及其分布與展布規律。
3)查明采區或工作面范圍內頂底板隔水層厚度、岩性及其組合規律、穩定性、綜合阻抗水壓的能力及其所承受的實際水壓力。
4)根據工作面回採條件(采厚、采寬、推進速度、採煤方法)和岩石力學性質，計算分析回採過程和回採完成後對頂底板隔水層的破壞特性和破壞程度。計算分析在開采條件下頂底板隔水層的防護性能。
5)計算分析採掘過程中采區或工作面的涌水量、涌水特徵及其安全疏降水量，為工作面安全回採防治技術措施的制定提供依據。
7.2.2.3礦井水文地質探查工作的基本原則
1)礦井水文地質勘探工作應結合礦區的具體水文地質條件，針對礦井主要水文地質問題及水害類型，做到有的放矢。從區域著眼，立足礦區，把礦區水文地質條件和區域水文地質條件有機地結合起來進行統一、系統的勘探研究，確保區域控制、礦區查明。牢記地下水具有系統性和動態性的特點，實行動態勘探、動態監測和動態分析的礦井水文地質勘探理念。
2)在水文地質條件勘探方法的選擇上，應堅持重點突出、綜合配套的原則。在勘探工程的布置上，應立足於井上下相結合，采區和工作面應以井下勘探為主，配合適量的面勘探。對區域地下水系統，應以地面勘探為主，配合井下勘探。
3)無論是地面勘探還是井下勘探，都應把勘探工程的短期試驗研究和長期動態檢測有機地結合起來，達到勘探工程的整體空間控制和長期時間系列控制。應重視水文地質測繪和井上下簡易水文地質觀測與編錄等基礎工作，應把礦井地質工作與水文地質工作有效地結合起來。
4)地球物理勘探應著重於對地下水系統和構造的宏觀控制，鑽探應對重點區域進行定量分析並為專門水文地質試驗和防治工程提供條件和基礎信息，專門水文地質試驗(包括抽放水試驗、化學檢測、示蹤試驗、岩石力學性質試驗、突水因素監測試驗及其相關的計算分析)是定量研究和分析礦井水文地質條件的重要方法。
5)水文地質勘探工程的布置，應盡量構成對勘探區地質與水文地質有效控制的剖面，既控制地下水天然流場的補給、徑流、排泄條件，又要控制開采後地下水系統與流場可能發生的變化，特別是導水通道的形成與演化。
7.2.2.4礦井水文地質探查工作的技術與方法
水文地質條件探查是包括礦床水文地質在內的一切水文地質工作的重要基礎。常規的、傳統的水文地質條件探查工作是在相應的普查、初步勘探、詳細勘探階段或普查、詳查及精查階段進行的。澄合礦區自20世紀90年代中期以來，根據礦井安全生產的需要，在礦井水文地質條件探查方面發生了兩個大的轉變:一是研究對象從大到小，即從區域、礦區到采區、工作面的轉變;另一個是研究工作從地面到井下的轉變。這些轉變隨之而來的是探查內容的變化和相應的技術方法的變化。這些轉變的重點在於:一是探查工作從「宏觀」到「微觀」，即從面、區段到點上的變化，能從更精確、更深的水平和層次去研究和認識問題;二是從井上到井下的轉變，使得探查工作更具有專門的目的性和實用性，可以直接服務於煤礦井下生產且大大減少了勘探工程量。根據董家河煤礦的成功經驗，這些轉變和變化從某種意義上來說，是一次「質」的飛躍。
(1)礦區區域水文地質條件勘探
礦區水文地質條件勘探在礦井規劃和設計階段進行。根據該階段的勘探目的和任務，目前常用的、且已被證明有效的方法如下:
1)區域自然地理、地質與水文地質條件寫實分析方法。該項工作是進行礦區水文地質條件勘探最基本最前期的工作，是宏觀了解和認識區域水文地質條件的基本方法，也是選擇和實施專項水文地質勘探工程的依據。
2)化探方法。化學勘探方法主要是通過分析地下水的化學組成及其賦存和運移空間的地球化學環境信息而達到認識地下水補給、徑流和排泄條件的目的。主要方法有:①多元連通(示蹤)試驗技術與方法;②氧化還原電位技術與方法;③環境同位素技術與方法;④水化學宏量及微量組分分析技術與方法;⑤溶解氧分析技術方法;⑥水文地球化學模擬技術與方法。
3)地球物理勘探方法。地球物理勘探技術主要是根據對礦區不同岩土體組分的物性差異、電性差異、磁性差異、傳波性差異等的勘探和研究，進而達到研究和認識礦區地質結構、水文地質結構、主要構造的分布與特徵、地層的富水性與導水性的目的。常用的方法有:①微流速測定技術與方法;②礦井直流電法技術與方法;③頻率測探技術與方法;④瑞利波地震勘探技術與方法;⑤瞬變電磁法技術與方法;⑥槽波地震勘探技術與方法;⑦高分辨地震勘探技術與方法;⑧探地雷達技術與方法。
4)專門水文地質試驗技術方法。主要是通過人為地激勵或擾動地下水系統，並觀測地下水系統在不同激勵和擾動條件下的響應和變化，進而達到分析和研究含水層富水性、導水性、補給條件、不同含水層之間水力聯系、地質構造的導水性和隔水性等水文地質信息。在礦區區域水文地質條件勘探階段，常用的方法有:①單孔或群孔抽水試驗技術與方法;②大口徑鑽孔集中強力抽水試驗技術與方法;③地下水位動態觀測技術與方法;④鑽孔壓水試驗技術與方法;⑤鑽桿試驗技術與方法;⑥脈沖干擾技術與方法。
(2)礦井采區水文地質條件勘探
礦區水文地質條件勘探是為礦井開發規劃布局和礦井建設、正常安全生產提供水文地質依據，而礦井采區水文地質勘探則是為礦井建設、採掘、開拓的延深、礦井改擴建為目的。礦井水文地質條件勘探技術方法如下:
1)井巷地質、水文地質條件寫實分析。主要是對井下已經揭露的地質與水文地質現象進行觀察、測量、統計計算等分析研究，從而達到認識和了解水文地質條件的目的。方法有素描、攝影、構造與裂隙測量、地質統計等。
2)巷井化探方法。巷井化探是對礦井已經揭露的井下出水點的水化學組成，化學性質的基本特點及其隨時間變化規律的分析研究，達到認識突水點的水源、含水層的補給條件、主要含水層之間的水力聯系條件和導水通道的位置。方法有:①礦井水特徵化學指標監測技術方法;②礦井水化學快速檢測技術與方法;③井下突水水源示蹤試驗;④氧化還原電位技術方法;⑤環境同位素技術方法;⑥水化學宏量及微量組分分析技術與方法;⑦溶解氧分析技術方法;⑧水文地球化學模擬技術與方法。
3)礦井地球物理勘探方法。主要是利用井巷工程更加靠近地質和水文地質體的特點，在井下進行不同岩土組分的物理性差異、電位性差異、磁性差異、傳波性差異等的勘探和研究，進而達到研究和認識礦區地質構造、水文地質構造、主要構造的分布與特徵、地層的富水性與導水性的目的。主要方法有:①微流速測定技術與方法;②工作面直流電法技術與方法;③工作面頂底板頻率測探技術與方法;④瑞利波地震勘探技術與方法;⑤工作面抗透探測技術與方法;⑥槽波地震勘探技術與方法;⑦雷達超前探測技術與方法。
(3)水文地質「異常體」的勘探
特殊水文地質「異常體」通常是指隱蔽性強、局部性強、生成與分布的隨機性強、難以通過變化趨勢與規律預測法預知的導水通道。水文地質「異常體」往往是導致突發性礦井突水災害的核心因素。目前最常用的探查方法有:①遙感與信息處理技術;②高解析度三維地震技術與方法;③構造應力場模擬分析技術;④地面電法勘探技術;⑤隔水層(突水系數)分析技術;⑥槽波地震勘探技術與方法;⑦離子失蹤技術。
在運用上述技術方法對區域及礦井和工作面進行水文地質探查時，應根據具體條件和勘探要求選擇幾種經濟上合理、技術上先進、操作上方便的方法並使之有效地結合，以達到實現勘探工程的目的與任務。7
F. 物探方法在水文地質調查中的作用
在水文地質調查的各個階段，特別是普查和詳查階段，物探方法可以用來解決專的主要地質問題屬有：查明第四系孔隙含水層的分布、厚度及埋藏深度，尋找古河道，區分並圈定鹹淡水的范圍；探測基岩的起伏和埋深，確定隱伏構造的位置，查明斷層破碎帶及岩溶的發育規律；查明控制地下熱水泄漏的斷裂構造，圈定熱水的分布范圍；測定地下水的流速流向，分析地下水的補給、排泄和徑流條件；劃分鑽井地質剖面和鹹淡水界線，確定地下水礦化度，研究地下水的活動規律；測定岩石的物理力學參數等。
G. 物探能夠解決什麼地質礦產勘察問題
一種是直接找礦，利用礦（化）體與圍岩的差異通過物探圈定異常和探尋異常形專態達到找礦目的，雖然屬理論上可行但實際工作中因為各方面綜合因素很難實現。
一種是間接找礦，目前以這種模式為主，是指當礦體不能引起可觀測到的地球物理異常時（由於物性差異小、埋藏深、干擾大等原因），利用反映控礦構造、控礦岩體、控礦地層的異常提供找礦信息的工作。
H. 水文地質測繪,物探,鑽探的優缺點
你是指工作性質么？多是進行野外工作（少數從事室內研究分析工作）。工作環境都比較艱苦。平均收入：物探遠大於其餘2者。