应用地球物理导论读书报告剖析

应用地球物理导论读书报告

班级：地质工程1104

学号： 010*******

姓名：魏世豪

摘要：本文先介绍了地球物理学，它包含了重力学、地磁学、地电学、地热学、地重学以及岩石物理学，其中地球物理勘探是它应用非常广泛的一个分支。本文着重介绍了地球物理勘探的几种方法和使用范围，最后讲述了地球物理对社会的作用。

关键词：地球物理学，地球物理勘探，电法勘探法，探地雷达法，地震波勘探，弹性波测试，层像分析，水声勘探，综合测井，放射性测量，应用

前言

地球物理学是通过定量的物理方法研究地球的学科，特别是通过地震弹性波反射，折射、重力、地磁、电、电磁、地热和放射能等方法。地球是这门科学的研究对象,物理学是研究这门学科的理论基础.利用物理学的电学、磁学、热学、运动学和动力学等方面的原理和方法，研究地球各部分的物理条件、物理性质、物理状态，从空间和时间两个方面找出以上各方面的发展和联系，寻求其变化规律，就构成了地球物理学的内容。地球物理学的主体是固体地球物理学，这门学科自20世纪初就已经自成体系。到了20世纪60年代以后，发展极为迅速。

地球物理学，从广义上理解，除了固体部分还应包括研究地面形状的大地测量学，研究海洋运动规律的海洋物理学，以及研究高空和星际空间的空间物理学。不过，一般谈地球物理学是指固体地球物理部分，故称固体地球物理学。固体地球物理学包含许多分支学科，涉及海、陆、空三域，是天文、物理、力学、数学、计算数学、化学和地质学之间的一门边缘科学。固体地球物理学可分为两个大的方面：研究大尺度和一般原理的，叫普通地球物理学；勘察是有、金属、非金属矿、或其它地质体的，叫勘探地球物理学，又称物理探矿学。它在地球科学领域里占有极为重要的地位。将地球作为一个天体来研究，这边确定了固体地球物理学和天体地球物理学直接的关系；在研究地球本身的结构和发展时，固体地球物理学又和地质学及地球化学有着很密切的联系。

普通地球物理学又包括重力学地磁学地电学地热学地重学以及岩石物理学。球物理学形成了独立的分支学科：地震学、重力学、地电学、地磁学，还有正在发展可能形成地热学。研究地球和大气圈之磁性的科学，主要研究有磁性的现象、来源、磁场等方面。地震学

(Seismology)：研究地震、地震波及其在地球的内部传播等与地震有关的科学。地震学是用来研究地球内部结构的一门重要科学。

重力学(Gravity)：研究关于地球重力的科学，研究范围包括地球上的重力现象、重力分布、重力场及其他相关性质的研究。

地磁学(Geomagnetism)：研究地球和大气圈之磁性的科学，主要研究有磁性的现象、来源、磁场等方面。

地电学(Geoelectricity)：研究地球电场的科学，藉以推导地球内部介质的物性、组成和分布状态。

地热学(Geothermometry)：研究地球热的科学，包括地球的温度、内部的热流、地表温度分布的现象及地球热能的来源等。

地球物理探勘学(GeophysicalProspecting)：此为地球物理技术的运用，包括地震、地电、重力和地热等方面，可利用在石油、金属与非金属矿床、地下水资源及工程基址等的探勘及探测上。

经过前一段时间地学习，我对应用地球物理勘探的技术和应用有了一些了解，下面简略地介绍一下我对应用地球物理勘探的认识。

正文

地球物理探测属于应用地球物理的一个分支，相对资源勘探，研究对象主要针对地球浅表介质，利用的是物理场近场，研究介质也更加复杂。方法手段主要包括地震或声波勘探、电（磁）法勘探及电磁波勘探。从观测方法看，又分为地面(包括水上)与地下方法，如间、井间，硐、硐间的探测就属于地下方法。目前工程地球物理探测广泛使用的主要为以下技术方法

●电法勘探研究地层电学性质及电场、电磁场变化规律，根据研究对象的电性差异，经仪器测量电场分布，进而研究电场的分布规律，以了解地下深处地质体的状况，从而达到勘探结果。电法勘探的方法电法勘探分为传导类电法和感应类电磁法，主要有：电测深法、K 剖面法、电剖面法、高密度电法、激发极化法、自然电场法、充电法、可控源音频大地电磁测深法、瞬变电磁法。ａ、电测深法在同一测点上逐次扩大电极距使探测深度逐渐加深，观测测点处在垂直方向由浅到深的电阻率变化，并依据目的体与周边介质电阻率的差异，探测地下介质分布特征的一种电法勘探方法。ｂ、K剖面法反射系数K剖面法是以电磁场和波动场为理论基础的一种电法勘探方法，它从现场数据采集到解释方法理论上突破了常规的视电阻率量板法的思路，建立了一整套的数值解释处理方法。早期的K剖面解释中只应用了一次微分K、二次微分K等几个基本的参数，且大部分只能进行单支曲线的求解。经过多年来的完善，当前应用的K剖面法已发展成利用曲线的一次微分K、二次微分K及相关参数推导出直接与岩体的孔隙率相关的广义充填系数vK，以及与软弱界面相关的广义界面系数vJ。利用这些参数更能较

好地反映岩土体中包含不同电阻率地质体及构造体的相对概念，这对解决岩溶、构造破碎带、滑坡体物质分区及滑面探测等工程地质问题更为有效。它的优点在于利用了相对精度提高的似真电阻率zρ为基础的vK参数来解决地质异常问题，而传统的电法勘探是直接以视电阻率sρ来解决地质问题的，因此，大大提高了勘探精度。ｃ、电剖面法将某一装置极距保持不变，沿测线观测地下一定深度内大地电阻率沿水平方向的变化，依据目的体与周边介质的电阻率差异，探测地下介质特征的一种电法勘探方法。ｄ、高密度电法电测深与电剖面方法的组合，其观测点密度高，可同时探测水平和垂直方向上电性变化的一种电法勘探方法。ｅ、激发极化法依据目的体与周边介质的激发极化效应差异，探测地下介质分布特征的一种电法勘探方法。ｆ、自然电场法通过观测地下介质的电化学作用、地下水中微粒子的过滤作用、岩体水中盐的扩散和吸附作用等产生的自然电场规律和特点，了解水文工程地质问题的一种电法勘探方法。ｇ、充电法通过向被探测目的体供电，提高被探测目的体与周边介质的电位差并形成充电效应，探测目的体分布特征的一种电法勘探方法。ｈ、可控源音频大地电磁测深法(CSAMT) 根据不同频率电磁波具有不同穿透深度的特点，利用人工可控源产生音频电磁信号，探测地面电磁场的频率响应从而获得不同深度介质电阻率分布信息和目的体分布特征的一种电法勘探方法。ｉ、瞬变电磁法(TEM) 利用不接地回线或接地电极向地下发送脉冲电磁波，测量由该脉冲电磁场感应的地下涡流而产生的二次电磁场，探测地下介质特征的一种电法勘探方法。电法勘探各方法的主要应用范围ａ、电测深法或K剖面法可用于探测覆盖层厚度和下伏基岩面起伏形态，进行地层分层和风化分带，探测地下水位埋深等，也可用于探测构造破碎带、岩性分界面、喀斯特、洞穴、堤坝隐患等：还可用于测试岩土体电阻率。ｂ、电剖面法可用于解决非水平板状或球状电性异常体探测问题，也可用于探测构造破碎带、岩性分界面、喀斯特和洞穴等。ｃ、高密度电法可用于探测构造破碎带、岩性分界面；喀斯特、洞穴、堤防和防渗墙隐患等；也可用于探测覆盖层厚度，进行地层分层和风化分带、岩性分层等。ｄ、自然电场法可用于探测地下水流向，进行堤防和防渗墙探测，也可用于探查地下金属管道、桥梁、输电线路铁塔的腐蚀情况等。ｅ、充电法可用于测试地下水流速流向，也可用于探测黏土或水充填的喀斯特洞穴、含水断层破碎带等低阻地质体的分布情况。ｆ、激发极化法可用于地下水探测，圈定含水的古河道、古洪积扇、喀斯特、构造破碎带等，确定含水层的埋深，评价含水层的富水程度。ｇ、可控源音频大地电磁测深法可用于探测隐伏断层破碎带、覆盖层厚度、地下古河道、喀斯特、洞穴等，也可用于堤防和防渗墙隐患探测，地下水和地热资源探测等。ｈ、瞬变电磁法可用于探测覆盖层、构造破碎带、喀斯特、洞穴等；也可进行地层分层、风化分带，地下水和地热水资源调查，圈定和监测地下水污染情况，探测堤防和防渗墙隐患等。

●探地雷达法(GPR)属电磁波勘探类，是利用高频电磁波以宽频带短脉冲形式，由地面发射天线定向送入地下，经存在电性差异的地下地层或目标体反射返回地面，被发射天线附近的接收天线接收。电磁波在介质中传播时，其路径、电磁场强度与波形将随所通过的介质的电性及状态而变化。当发射与接收天线以固定间距沿测线同时移动时，就可以得到反映测线

地下介质界面分布情况的地质雷达图像。完整致密、性质相对均一的介质，反射波较弱；当存在岩溶破碎带时，这部分区域与周围介质之间的介电差异增大，反射波增强。探地雷达法主要应用范围：ａ、雷达剖面法可用于浅层覆盖层分层，探测喀斯特、构造破碎带、滑坡和塌陷等地质灾害、堤坝隐患和地下管线等，进行隧道施工掌子面超前预报。也可用于检测公路施工质量、地下洞室围岩与混凝土衬砌结合部状况、混凝土内部缺陷等。ｂ、雷达透射法可用于孔间探测及其他二度体空间探测。ｃ、雷达宽角法可用于估算介质的电磁波传播速度或确定反射界面的深度。ｄ、孔中雷达可探测钻孔周边一定范围内的地质异常或进行地层分层，孔间雷达也可较精确地探测孔间的地质异常体。

●地震波勘探依据的物性基础是岩体的弹性，通俗的讲就是岩体的波阻抗差异。地震波勘探采用人工激发弹性波，沿测线的不同位置用地震勘探仪器检测大地的振动，检测的信号以数字形式存储，以便通过计算机处理来提高信噪

ｃ、瑞雷波法利用瑞雷波在层状介质中的几何频散特性进行分层的一种地震勘探方法，按激振方式分为稳态和瞬态。地震勘探主要应用范围：ａ、浅层折射波法可探测地层厚度及其分层、基岩面起伏形态及风化带厚度、隐伏构造破碎带、松散层中的地下水位以及滑坡体厚度等，对探测岩体卸荷和洞室围岩松弛范围亦很有价值，也可测试岩土体纵波速度，不宜探测高速屏蔽层下部的地层。ｂ、浅层反射波法不受地层速度逆转限制，可探测高速层下部地层，划分沉积地层层次和探测有明显断距的断层，可探测地层厚度及其分层、基岩面起伏形态及风化层厚度、隐伏断层构造等，探测松散层中的地下水位以及滑坡体厚度，也可测试岩土体纵波速度。水上可采取地震映像成像，在浅部松散含水地层探测时，可使用具有较强分层能力的横波反射法。ｃ、瑞雷波法是一种颇具发展潜力的地震勘探方法，可进行浅部覆盖层分层，饱和砂土液化判定，地基加固效果评价，在测定岩土体密度，地基承载力等地基力学参数测试方面也作了许多有意义的工作。ｄ、垂直反射法利用弹性波的反射原理，采用极小等偏移距的观测方式对目的体进行探测，根据反射信息的相位、振幅、频率等变化特征进行分析和解释的一种弹性波勘探方法。在工程质量检测中应用较广。

●弹性波测试利用弹性波运动学和动力学特征对岩土体或混凝土进行波速测试或缺陷探测的方法。弹性波测试实际上就是弹性波勘探法在岩土体或混凝土质量检测中的运用，分声波法和地震波法两种，声波法包括单孔声波、穿透声波、表面声波、声波反射、脉冲回波法；地震波法包括地震测井、穿透地震波测试、连续地震波测试等。弹性波测试主要应用范围：ａ、单孔声波可用于测试岩体或混凝土纵波、横波速度和相关力学参数，探测不良地质结构、岩体风化带和卸荷带，测试洞室围岩松弛圈厚度，检测建基岩体质量及灌浆效果等。ｂ、穿透声波可用于测试孔间或其他二度体空间的岩土体或混凝土波速，探测不良地质体、岩体风化和卸荷带，测试洞室围岩松弛圈厚度，评价混凝土强度，检测建基岩体质量及灌浆效果等。

ｃ、表面声波可用于大体积混凝土、基岩露头、探槽、竖井及洞室的声波测试，评价混

凝土强度和岩体质量。ｄ、声波反射可用于检测隧洞混凝土衬砌质量及回填密实度，检测大体积混凝土及其他弹性体浅部缺陷。ｅ、脉冲回波可用于检测地下洞室明衬钢管与混凝土接触状况，也可用于检测混凝土衬砌厚度和内部缺陷。ｆ、地震测井可用于测试地层波速，确定裂隙和破碎带位置。ｇ、地震穿透波速测试可用于测试岩土体纵波、横波速度，也可圈定大的构造破碎带、喀斯特等速度异常带，检测建基岩体质量和灌浆效果等。ｈ、地震连续波速测试可用于洞室、基岩露头、探槽、竖井等岩体纵波、横波速度测试，也可检测建基岩体质量，探测风化带和卸荷带。

●层析成像利用弹性波或电磁波的透射原理，对被测区域进行断面扫描，重建介质的波速或能量吸收图像的方法；分地震波CT、声波CT、电磁波CT。层析成像(CT)就是对物体进行逐层剖析成像，若一张物体的切片图像是两个空间变量（x，y）的函数，称之为图像函数，记作f（x，y），用不同方向的入射波“照射”物体，测到的波场信息至少是入射波方向θ和观测点位置ρ两个变量的函数称之为投影函数，记作u(ρ，θ)。1971年，奥地利数学家J·Radon 证明：已知所有入射角θ的投影函数u(ρ，θ)，可以恢复唯一的图像函数（x，y）。这个定理就是层析成像的理论基础——Radon变换。层析成像(CT)主要应用范围：ａ、声波CT 适用于岩体和混凝土体的声波速度或衰减系数成像，主要用于不良地质体探测，灌浆效果检测，建基岩体质量检测，混凝土粱柱及坝体质量检测等。ｂ、地震波CT 适用于岩土体地震波速度成像，可进行岩体质量分级，圈定构造破碎带、裂隙密集带、喀斯特及洞穴等速度异常地质体。ｃ、电磁波CT 适用于岩土体电磁波吸收系数成像，可探测喀斯特等具有一定电性差异的地质体，圈定构造破碎带和风化带等。

●水声勘探利用声波反射原理专门探测水底地形地貌和进行水下地层分层的一种勘探方法。发射探头向水底发射声波脉冲，接收探头接收来自水底和

地层分界面的反射波，当测船航行时可获得连续的地层剖面记录，根据该记录可探测水底地形并进行水底地层分层。可探测水库、河道、湖泊和浅海深水区的水下地形，探测坝址、桥基、港口工程水下地层剖面。

其中我比较喜欢直流电法技术。

直流电法探测技术研究深度方向地层导电性的变化特征与规律，从而获得深度方向地层各种地电信息，它在同一点（称为观测点或记录点）逐次增大供电电极距（即增大电流的穿透深度）并进行相应的电场响应观测，这种响应包含了所穿透地层及所包含地质体的地电信息，于是可以得到观测点处沿深度方向由浅到深地层的电性变化特征，该方法它主要用于解决电性分层和小构造探测并解决有关水文地质问题。一般煤系地层常见岩石电阻率值

直流电法仪主要有以下技术指标：直流电法仪对井下掘进工作面的超前探水80m、底板测深80m，帮探和采面的平切处理，有三极探测（MS=1）和四极探测(MS=0)两种。三极测深探时面板上AB/2为跑极距离，是以5m为递增常数，MN/2为相临发射极距的一半，通常MN/2=10，设置中发射时间TT=22，MS=1，Zro=5；三极超前探桩号为1、2、3，MN/2=2，AB/2以6开始，按4的递增系数变化，设置中发射时间TT=22，MS=1，Zro=4；四极测深桩号按探测点发生变化，初始设置MN/2=1，AB/2=4，在设置中TT=22，MS=0，Zro=4即可开始工作。直流电法探测技术是一门新兴的地球物理勘探技术，分析人员利用物探仪器能有效的分析出一定范围内地质体的赋存状态，并能迅速地作出地质预报，为矿井提供及时、有效的地质预测，保障矿井的安全生产。确切的说，音频电透技术属于直流电法技术的特例，它们的原理是利用各类岩（矿）体之间在导电性方面存在电性差异，影响人工电源场的分布形态，以此差异性来断定地质异常体的存在性及存在范围。该类仪器的影响因素较少，主要是带电设备运行时产生的游离电磁场干扰人为产生的微弱电场。在这种条件下，非地质异常区中很容易形成物探异常区，也可能在实际的地质异常区中形成非物探异常区，这样我们达不到探测目的，甚至误导生产。电法探测影响的因素还有探测电极的打设情况，电极应尽量避免打设在积水、浮煤和干燥处。操作人员对仪器的熟知程度对数据质量产生的影响也不容忽视。电法数据的分析相对瑞利波来讲不是太依赖现场资料，对成果图的异常中值的确定是一个相当关键的问题，通过对平禹煤电各矿井的探测发现，探测中值取40～50较为合适；电法测深校正系数的选取，通过钻探改造发现以0.8为宜；音频电透的平剖图值15HZ深度定义为采面斜长的1/2，120HZ深度定义为15HZ的1/1.4较为合适。在这个指导思想下，我们利用直流电法所开展的测深探、超前探、测帮探还有对采面的横切，基本上能满足生产需求的精度。直流电法探测技术主要流程为完成井下原始数据采集及地面综合分析和报告编制，技术成果为物探报告书，并及时提交矿井，指导矿井生产。直流电法探测技术的亮点是利用仪器能够探知井下未知区域的构造分布情况，所得成果与实际吻合性好，有极好的指导生产意义。该技术操作方法简单，成果分析模式化，能有效探测出目标范围内的构造分布和发育情况，成果图直观，探测准确率高，是从事地质研究、勘探、矿产开采等行业技术人员的好帮手，有很高的推广应用价值。

总结

地球物理对社会的作用：

1．用于做地质类专业勘查，以科研工作为主要方向，通过各种地球物理方法从事地质研究。包括复杂地质条件下大型岩体工程稳定性分析的理论与方法；地震正反演及地震数据处理中的热点问题研究；重大工程建设和城市发展中的环境工程地质问题；灾害环境下重大工程安全性问题的基础研究；滑坡形成机理与预测预报等。可以到地质调查局、海洋局等相关单位就职或科研院所，大专院校做相关的研究，教学工作。

2、预测自然灾害，利用各种数字地震台网和台站观测数据为基础，结合重力、形变等地球物理观测手段，通过震源运动学与动力学、近断层地面运动和重力变化场等方面的研究，为地震发生机理研究与地震预测提供理论指导。开展工程与城市防震减灾基础理论和应用技术研究；开展地震区划理论研究，编制地震区划图；开展强震观测、震害调查场地勘测与工程结构测试与分析；开展城市灾害预警和减灾技术、地震紧急救援技术与方法研究。

3．服务于工程探测类，通过地球物理方法，探测工程、建筑进行水文工程地质、城市环境与建筑基础以及地下管线铺设情况的勘查等，通过工程地质、浅层地球物理与岩土力学的理论、实验研究和工程实践及其信息综合集成，认识地球表层物质、结构、状态及其在自然和工程作用下变形破坏机理与过程，评价工程岩土体的稳定性及其环境效应，寻求相应的工程技术与处理措施，保证重大工程的安全构筑与运行，实施工程建设与环境保护、改善相互协调。

4．用以勘查石油与天然气和煤田地质构造，寻找金属与非金属矿产，可以到涉及到煤田、油田、矿井性质的国有大中型企业做相关技术性工作。中国石化，中国石油，中国海洋石油等大型国企都有大量的地球物理学专业人才。

5．做相应的地球物理软件程序设计，地球物理仪器开发等工作，广泛应用于环保、城市给排水、地质、冶金、卫生防疫、商检、农业、渔业及教育科研等多个领域，这是在国内较为紧缺的行业。

6．服务于其他工程应用方向。提供区域地质；矿产地质；工程地质勘查；地球物理勘察；水文凿井；城市地下管线勘测及系统建设；路、桥、基桩质量无损检测；地质灾害评估与治理；地形测量、工程测量；管道测漏；地理信息系统建设；专题地图制作；农业地质；旅游地质；非开挖管线铺设；岩矿测试；矿产品开发等服务。总之，地球物理专业主要致力于开展战略性、综合性、先导性的应用基础创新研究，以解决国家在进行水电、矿山、油气勘探、铁路、交通、国防等部门工程建设中所提出的各种工程地质力学、地表结构、勘探地震资料处理难题。随着国民经济的快速发展，随着市场需求的不断增长，地球物理专业有着越来越广阔的发展空间！

参考文献：

陈祖传.地球物理勘探技术的最新发展及今后的趋向

贾豫葛.地质工程专业地球物理勘探技术课程教学实践与思考

宋文杰，刘玉华，肖贵学.地球物理勘探技术的发展和应用赵大鹏《矿产勘查理论与方法》，中国地质大学出版社；刘天佑《地球物理勘探概论》，地质出版社；

网络资料