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1、工 程 物 探山东科技大学 地质科学与工程学院一、课程的任务 通过学习本课程1）掌握工程与环境地球物理勘探中的几种常见方法 的基本原理、物理实质和应用条件；2）深入了解这些方法的特点和资料的简单解释；3）了解水文、工程物探的新近概况(主要是方法与技术的进展)二、课程的目的 在学完本课程后1）能够根据具体的地质任务合理的选择物探方法，并正确的使用物探成果；2）能结合地质和钻探资料对物探资料进行综合地质解释，以达到缩短勘探周期、降低勘探成本、提高勘探精度的目的；3）培养应用物探手段解决地质问题的意识和能力。三、课程的教材 第1-4章：地震勘探第5-8章：电法勘探第9章：放射性勘探第10章：地温测量
2、第11章：磁重勘探第12-13章：应用四、参考教材 1：工程与环境物探教程雷苑，地质出版社，20062：地球物理勘探概论刘天佑编著，地质出版社，2007年3：反射地震勘探的原理与解释张玉芬编著，地质出版社，2007年4：应用地球物理原理张胜业、潘玉玲，中国地质大学出版社，2004课程安排：9-18周学习模式：课堂讲课与课后自学复习相结合成绩评定方式：课堂考勤：20%(1)不定时点名(2)5次点名没到取消考试资格(3)3次点名没到取消平时成绩作业完成：10%期终考试：70五、课程的教学模式 1 请将手机调为静音模式或者关机2 杜绝睡觉 3 请勿窃窃私语4 杜绝迟到5 杜绝临时请假，有事提前请假六
3、、课程的课堂纪律 绪论一、地球物理勘探方法的特点及分类二、地球物理勘探在水文、工程与环境地质勘察中的应用三、水工环物探的现状与发展趋势 绪 论绪论一、地球物理勘探方法的特点及分类1）什么是地球物理学2）什么是地球物理勘探3）地球物理勘探方法的分类4）地球物理勘探的基本特点5）物探方法在地质中的应用绪论地球物理学是地球科学中的新兴学科，也是人类深入认识地球的重要工具。以物理学研究的发展为依托，运用物理学的理论方法探索地球内部的结构、动力体系与演化。1）什么是地球物理学涉及地壳、地幔和地核，尤其是岩石层和软流层发生的各种物理现象、成因及其过程。研究范围通过地球物理场的观测、资料处理和模型计算，以达
4、到深入认识地球、造福人类的目的。研究目的基本定义绪论由 (1)固体地球物理学(2)应用地球物理学(3)大地测量学(4)空间物理学(5)大气物理学(6)海洋地球物理学等分支学科组成。1）什么是地球物理学组成绪论一、地球物理勘探方法的特点及分类1）什么是地球物理学2）什么是地球物理勘探3）地球物理勘探方法的分类4）地球物理勘探的基本特点 5）物探方法在地质中的应用绪论地球物理勘探简称 “物探”，是用物理的方法来勘探地壳上层岩石的构造与寻找有用矿产资源以及能源的一门学科。2）什么是地球物理勘探它是根据地下岩层在物理性质上的差异并借助一定的装置和专门的物探仪器，测量物理场的空间与时间分布状况，并通过分
5、析和研究物理场的变化规律，结合相关地质资料推断出地下一定深度范围内地质体的分布规律及物理属性，为地质勘探、工程勘察、环境调查及地下资源分布规律的研究提供依据。此外，地球物理探测技术还也可以用于工程施工质量的检测和监测。绪论一、地球物理勘探方法的特点及分类1）什么是地球物理学2）什么是地球物理勘探3）地球物理勘探方法的分类4）地球物理勘探的基本特点 5）物探方法在地质中的应用绪论3）地球物理勘探的分类1.根据物探方法的工作原理分类 即：利用岩石的物性差异、观测的地球物理场也不同说明：各方法应用条件不同，可解决地质问题不同。1 重力勘探 密度差异 重力场2 电法勘探 电性差异 电场3 地震勘探 弹
6、性差异 弹性波场4 磁法勘探 磁性差异 磁场5 放射性勘探 放射性差异 放射性场6 地温测量 导热性差异 地温场绪论3）地球物理勘探的分类2.根据物探方法的工作场所/工作空间分类 物探观测不仅可以在地面进行，而且可以在空中，海洋和钻孔中进行，因此可以分为：说明：探测仪器的布设大大开拓了物探探测的空间范围。1 航空物探物探仪器安装在飞机上在空中进行观测。2 海洋物探物探仪器在海洋上进行观测。 3 地面物探物探仪器在地面进行工作观测。4 井中物探物探仪器在坑道、钻孔或者井孔中观测。绪论重力勘探陆地金属弹簧重力仪金属弹簧重力仪仪器调试、参数设置绪论德国KSS31M海洋重力仪采集系统记录系统美国LaC
7、oste&Romberg重力勘探海洋重力仪绪论磁力勘探海洋磁力仪G-880海洋铯光泵磁力仪SeaSPY海洋质子旋进磁力仪测量精度：0.2nT测量精度：2nT 绪论磁力勘探海洋磁力仪示意图实时数 据记录磁力仪绪论电法勘探陆地高密度电阻率探测绪论电法勘探海洋可控源电磁探测工作示意图绪论电法勘探海洋电阻率法勘探成果图示意图现场试验工作电缆绪论电法勘探海洋电法勘探工作仪器绪论电法勘探海洋电法勘探准备 投放仪器检 修安装仪器 投放绪论电法勘探海洋电法勘探仪器浮 出水面仪器 打捞仪器 打捞仪器 回收绪论地震勘探陆地地震勘探采集示意图绪论地震勘探陆地地震勘探地震仪陆地地震仪 实时监控剖面绪论地震勘探海洋地震
8、勘探采集示意图绪论地震勘探海洋地震勘探海底采集示意图绪论地震勘探海洋地震勘探地震勘探采集地震剖面绪论导航定位海上定位SF2050星站差分DGPS系统Trimble DSM 132卫星/信 标差分GPS系统 导航定位软件绪论3）地球物理勘探的分类3.根据勘探对象的埋藏深度分类 深部物探、中深部物探、以及近地表物探。 4.根据工作目的和应用范围分类 金属物探与探测金属矿有关的物探非金属物探与探测非金属矿有关的物探石油物探与探测石油天然气有关的物探煤田物探与探测煤层有关的物探工程环境物探与工程地质、环境、水文等调查有关的物探。绪论3）地球物理勘探的分类5.说明 虽然分类的方法不同，但是对于同一种物探
9、方法，当应用于不同的领域时，其方法原理是相同的，但是由于工作目的和探测的对象不同，在具体工作过程中的工作模式存在较大差异，并形成各自的特点。注：本课程只要强调物探方法在工程中的工作模式。绪论一、地球物理勘探方法的特点及分类1）什么是地球物理学2）什么是地球物理勘探3）地球物理勘探方法的分类4）地球物理勘探的基本特点 5）物探方法在地质中的应用绪论用钻机或其他的机械手段从地下取出岩样来认识地质构造是直接的勘探方法(或称为侵入方法，invasive method)。1.是一种间接的勘探方法 4）地球物理勘探的基本特点物探无须从地下去除岩样，而是通过专门的仪器设备在地面（或钻孔中）观察由地下介质引起
10、的某种物理场的分布状态，收集和记录某些物理信息随空间或时间的变化，并对这些信息的分布特征作出解释和推断，从而揭示出地球内部介质物理状态的空间变化和分布规律，以此来了解矿产资源的分布和赋存状态、查明地质构造。注：在工程勘察与检测方面不会对勘探对象造成破坏。绪论以往的物探工作为为矿产资源的调查、水文地质及工程地质工作提供了大量的、获得实践检验的重要资料；尤其是在覆盖地区对研究地质构造、指导勘探、成井等方面发挥了重要作用，加快了勘探速度，降低了施工成本，提高了水文地质钻孔的成井率。2.物探工作具有效率高、成本低的特点 4）地球物理勘探的基本特点在工程勘察方面正确的采用物探方法，不仅可以减少钻探工作量
11、，而且还能提高勘探精度。绪论物探工作能够提供勘探区域内二维、甚至三维的地下岩溶分布状态，克服钻孔“一孔之见”的局限性。3.了解隐伏的勘探目标的全貌，避免钻孔勘探“一孔之见”的弱点4）地球物理勘探的基本特点例如跨孔声波、电磁波透视法能了解两孔之见的岩体的完整性与基础的稳定性，能从整体上评价岩体的完整性与基础的稳定性。绪论根据各种物探方法的工作原理，物探工作能否有效的解决地质问题，首先决定于探测对象与围岩之见是否存在物理性质上的差异以及使物理场分布状态及强度发生足够的变化的体积。4.具有自身的局限性，应用具有条件性 4）地球物理勘探的基本特点因此，物探方法的有效应用首先要求探测目标与围岩之见存在可
12、被利用的物性差异以及目标体要有足够大的体积；其次物探工作的效果还受地形条件的影响、勘探场地的局限、地表覆盖层的性质及厚度、以及勘探现场的噪声与地质环境中的一些干扰体的影响。绪论因为同一物理现象（或者说同一性质的物理场的分布）可以有多重不同的因素引起。5.物探资料的反演解释具有多解性4）地球物理勘探的基本特点例如，在电法勘探中，视电阻率的变化可以由被测目标体电阻率的变化引起，也可以由其体积变化或埋藏深度变化引起；对其他物探资料异常的反演解释也是如此。这反映了物探资料解释具有多解性。要克服物探资料解释的多解性，就必须将其与钻井资料或地质资料相结合进行推断解释，必须掌握一定的地层岩矿石的物性参数。绪
13、论1物探仪器自身的观测精度总是有一定的限度，其观测数 据必然带有一定的误差。6.物探资料的解释结果具有概略性和近似性 4）地球物理勘探的基本特点3环境因素的干扰影响使观测数据不准确。影响物探资料解释精度的主要原因有：2受观测系统的影响和限制，观测数据的空间有限。4实际地质条件的复杂性以及地质体的物理性质和形状、产状要素的多变性的影响。5正演与反演的数学物理方法的水平有限。绪论一、地球物理勘探方法的特点及分类1）什么是地球物理学2）什么是地球物理勘探3）地球物理勘探方法的分类4）地球物理勘探的基本特点 5）物探方法在地质中的应用绪论为探索地球的起源及各种成矿机制等基础理论问题，必须使用物探手段研
14、究地球的深部结构。1. 在地质理论研究方面5）物探方法在地质中的应用2. 在地质能源勘察方面在中比例尺地质填图中：确定岩层接触带和浮土厚度；圈定岩体、构造破碎带和断层；指示成矿远景区。在普查找矿中：圈定成矿带、矿化带寻找有工业意义的矿体。在勘探工作中：了解矿体的空间位置和产状、划分矿层。3. 在水文、工程和环境勘察方面绪论一、地球物理勘探方法的特点及分类二、地球物理勘探在水文、工程与环境地质勘察中的应用三、水工环物探的现状与发展趋势 绪 论绪论二、地球物理勘探在水文、工程与环境地质 勘察中的应用1）在工程勘察方面的应用2）在水文地质调查方面的应用3）在环境方面的应用绪论1）在工程勘察方面的应用
15、1.应用于建筑工程基础的勘探 查明建筑基础下地层结构、地质构造；了解各类基础下方的断层、破碎带、岩溶、洞穴的分布情况；确定第四系覆盖层及基岩风化层的厚度；测定岩石动弹参数（杨氏模量、剪切模量、泊松比等）的；测定岩体的波速分类和稳定性评价。绪论1）在工程勘察方面的应用2.应用于工程施工质量的检测和监测 高速公路路面的铺设质量，铁路、公路、及水电站引水隧洞的衬砌质量，洞壁附近岩层中隐藏的地质问题，高填方碎石路基的边坡稳定性等工程施工质量的检测；各类工程建筑的桩基础的质量的无损检测；评价强夯碎石桩复合地基（软基）处理的施工质量；对现有工程（如公路、铁路基础、机场跑道，桥梁、桥梁、隧道，水利设施等）的
16、现状及隐患等进行探查、监测和评价。 绪论1）在工程勘察方面的应用3.地下管、线及其他埋设物的探测 下图为胜利油田某海上石油平台附近海底管线调查中获得的浅地层剖面。该资料清晰地反映出管道的埋设状态，通过简单计算可以得到管线的埋深和悬空高度。绪论1）在工程勘察方面的应用3.地下管、线及其他埋设物的探测 下图为胜利埕岛油田某石油平台附近海底管道探测中，利用双频侧扫声纳系统获得的海底声学图像。从图像中不仅可以清晰地看出悬空的管道及其阴影，而且可以根据阴影的位置计算出管道的悬空高度。绪论1）在工程勘察方面的应用3.地下管、线及其他埋设物的探测 下图是某海上光缆路由调查中获得的浅地层剖面。剖面较好地揭示了海底基岩面的深度，清晰反映了基岩面以上沉积地层的结构和构造。绪论1）在工程勘察方面的应用4.考古、沉船调查 “理查蒙德船长”号是
