地球物理勘查学科发展研究报告

福建省地质学会



地球物理勘查学科发展研究报告

福建省地质学会

文章概述了地球物理勘查学科发展历史，系统总结了福建省地球物理勘查学科进展及在经济建设中的作用，分析了地球物理勘查所面临的机遇与挑战，提出了地球物理勘查学科发展方向和重点解决的问题。本世纪，地球物理勘查不仅要致力于解决矿产资源的需求和深部地质构造研究，还要在工程建设等领域发挥更大的作用，多方位地为经济社会服务将成为地球物理勘查的发展研究方向。

地球物理勘查 学科发展 福建省

地球物理勘查（或称勘查地球物理，简称物探）是以勘查对象的物理性质和数理理论为基础，以发现地球物理差异为手段，解释和推断工程地质勘察、区域地质调查和工程结构病害检测问题为主要任务的前沿地质学科。在矿产勘查中，特别是在寻找深部隐伏矿产方面，物探不可替代的作用日益突显；在工程地质勘察中，特别是在高速公路、铁路等线性工程勘察中，物探扮演的角色越来越重要；在区域地质调查中，特别是深部地质构造调查中，物探已成为主要调查手段；在工程病害检测中，物探也已成为独特的快速、无损工程结构检测方法。随着经济发展和社会进步，物探的服务领域将越来越广泛，物探方法技术也将随之得到发展，物探将进一步超越地学学科，为解决社会进步和经济发展所面临的新课题发挥重要的作用。

1 地球物理勘查学科发展概述

1.1 学科简介

地球物理勘查方法是以地下物质（岩石和矿体等）的物理性质（密度、磁性、电性、波动性、放射性、导热性等）差异所引起的某些物理现象为研究对象，用不同的物探方法和仪器，探测天然和人工地球物理场的变化，通过对上述变化的分析、研究，推断和解释地质构造、矿产分布、工程地质以及人为因素在地下所产生的各种问题（如古墓、管线、污染范围等）。目前主要的物探方法有重力勘探、磁法勘探、电法勘探、地震勘探、放射性勘探、地温测量等。依据服务对象可分为区域物探、矿产物探、工程物探和深部物探；依据工作空间的不同，又可分为地面物探、航空物探、海洋物探、井中物探等。随着科学技术的发展，新的物理参数不断被应用，物探方法也随之增多，如太阳风（空间源岩性探测技术）、核磁共震等，还有跨学科的方法如电地球化学方法、电震法等也都进入实用阶段。

地球物理工程检测方法是以工程构件的密度和波动性的差异，判断工程结构病害。

1.1.1重力勘探

重力勘探是利用组成地壳的各种岩体、矿体间的密度差异所引起的地表重力加速度值的变化而进行地质勘查的一种方法。只要被勘查的地质体与其周围岩体有一定的密度差异，就可以用精密的重力测量仪器观测出重力异常。然后，结合工作地区的地质和其他物探资料，推断覆盖层以下密度不同的地质体的埋藏情况和地质构造情况

1.1.2磁法勘探

磁法勘探是利用自然界的岩石和矿石具有不同磁性，可以产生各不相同的磁场，它使地球磁场在局部地区发生变化，出现地磁异常。利用仪器发现这些磁异常，进而寻找磁性地质体和研究地质构造。磁法勘探包括地面、航空、海洋磁法勘探及井中磁测等。磁法勘探主要用来进行地质填图、研究与油气有关的地质构造及大地构造、寻找磁性矿体或与磁性矿物相关的矿体等。我国建国以来大多数铁矿区、多金属矿区及油气田等都进行了大量的磁法勘探工作，取得了良好的地质找矿效果。

1.1.3电法勘探

电法勘探是根据岩石和矿石电学性质（如导电性、电化学活动性、电磁感应特性和介电性）的差异来找矿和研究地质构造的一种地球物理勘探方法。它是通过仪器观测人工的、天然的电场或交变电磁场，分析、解释这些场的特点和规律达到找矿勘探的目的。电法勘探分为两大类，研究直流电场的，统称为直流电法，包括电阻率法、充电法、自然电场法和直流激发极化法等；研究交变电磁场的，统称为交流电法，包括交流激发极化法、电磁法、大地电磁场法、无线电波透视法和微波法等。按工作场所的差别，电法勘探又分为地面电法、坑道和井中电法、航空电法、海洋电法等。

1.1.4地震勘探

地震勘探是近代发展最快的地球物理方法之一。它的原理是利用人工激发的地震波在弹性不同的地层内传播规律来勘探地下的地质情况。在地面某处激发的地震波向地下传播时，遇到不同弹性的地层分界面就会产生反射波或折射波返回地面，用专门的仪器可记录这些波，分析所得记录的特点，如波的传播时间、振动形状等，通过专门的计算或仪器处理，能较准确地测定这些界面的深度和形态，判断地层的岩性。地震勘探是确定油气构造甚至直接找油的主要物探方法，也可以用于勘探煤田、盐岩矿床、勘察水文地质工程以及判断工程病害等问题。近年来，应用天然震源的各种地震勘探方法也得到不断发展。

1.1.5放射性物探

放射性物探又称“放射性测量”。它是根据放射性射线的物理性质，利用专门的仪器，如辐射仪、射气仪等，通过测量放射性元素的射线强度或射气浓度来寻找放射性矿床的一种主要物探方法。同时，也是寻找与放射性元素共生的稀有元素、稀土元素以及多金属元素矿床的辅助手段。其主要工作方法有：地面测量、航空测量、辐射取样、测井、射气测量、径迹测量和物理分析等。

1.1.6地温测量

地温测量是依据地球地温场，用地温仪和传感器来测量地温场的差异，发现异常寻找地热的方法。其主要工作方法有米测温、井中测温等。

1.2 学科发展历史

世界上采用物探方法找矿至今已有370年的历史，最早是用罗盘来探测磁铁矿，经历了130年后才有了磁力仪。我国境内的物探工作起始于1933年，至今仅有77年的历史，当时是德国人在重庆井盐产地开展了直流电法勘探，同时，日本人在辽宁长岭铁矿也开展了电法勘探。我国自己开展物探工作始于1936年。在新中国成立之前，物探方法中的电法（自然电场法、电阻率法、电测井法）、磁法（地面磁测）、重力法、地震法在铁、铜、铅锌、石油、煤等矿产勘探上已开始试验或勘查。这一阶段是我国物探工作的起步阶段。

新中国成立后30年是我国国民经济恢复和初步发展阶段，国家对矿产资源的迫切需求，给物探工作的发展带来了生机。1950年～1957年各工业部门组建了专业队伍，聘请了前苏联、匃牙利专家来华指导，引进了他们的方法技术，1953年组建了第一个航空磁测试飞组后，我国形成了空中、地面和井中全方位的物探工作局面。这一阶段，我国的地质工作重点从矿区外围找矿转向大面积普查，这使物探工作的优势得以充分的发挥。随着大量的物探扫面工作和引进技术方法，找矿效果日益显现，发现了一批大、中型铁矿、铅锌矿床、铀矿和煤田。

在这一期间，在“区域予查、选区评价”的战略部署下，物探在大庆、胜利、大港、华北等油田勘探中发挥了重要作用。通过电法、地震等综合物探方法勘查，相继发现了内蒙古东胜、河北开平、黑龙江七台河等一大批大型煤田。通过放射性物探在江西、广东、浙江等地发现了数个大型铀矿床。通过航磁异常查证，发现了江苏梅山、安微罗河、山西五台山铁矿床；地面磁测发现了福建马坑、河北武安～邢台、湖南祁东等一批铁矿床。用磁法、电法、重力法以及化探等综合手段发现或圏定了安徽狮子山、辽宁红透山、江西武山、湖北铜绿山、湖南七宝山、广东阳春、青海铜峪沟和德尔尼等大型铜矿，吉林红旗岭铜镍矿，广东大宝山多金属矿，江西横峰铌钽矿等，物探找矿硕果累累。

改革开放30年来，走出国门、引进西方国家先进的方法技术，特别是引进了电子技术、计算机技术和设备，并通过积极的消化和自主创新，各类物探仪器设备有了长足的进步，普遍实现了数字化、现场存储与处理、多功能、高分辨率、高精度。GPS技术的采用使物探测点定位实现了质的飞跃；电法出现了以直流电法为主转向以电磁法为主的趋势；三维地震、高分辨率地震技术大量推广，超千道高分辨率地震仪开始使用；航空磁测实现了高精度、适时计算机数据处理和成图，大大提高了效率和效能。

这一阶段在黄土、沙漠、水网区和海洋等工作难度大的地区开展了大量油气物探工作，取得了可喜的成果，发现了珠江口、东海、渤海、鄂尔多斯、吐哈盆地和台湾海峡等油气田。以电法和磁法为主，辅以化探工作，找到了新疆阿舍勒、福建水吉、福建梅仙、河北蔡家营等数十处铜、铅锌、钼等有色金属矿床。

工程地球物理勘探简称工程物探，是应用地球物理的一个重要分支学科，是地球物理学服务国家建设的直接窗口。近年来，工程物探技术在勘查能力和勘查精度方面得到了极大提高。工程物探技术方法门类众多，它们依据的原理和使用的仪器设备也各有不同，随着科学技术的进步，物探技术的发展日趋成熟，而且新的方法技术不断涌现，几年前还认为无法解决的问题，几年后由于某种新方法、新技术、新仪器的出现迎刃而解的实例是常见的。它是地质科学中一门新兴的、十分活跃、发展很快的学科，又是工程勘察的重要方法之一，在某种程度上讲，它的应用与发展已成为衡量地质勘察现代化水平的重要标志。工程物探技术以高分辨和高可靠性为主要特点，在工程勘察、工程质量检测和工程病害诊断等环节发挥着重要作用。

2 福建地球物理勘查学科发展现状

2.1 区域地球物理调查研究

2.1.1磁法测量

1960年，在我省西部进行了1∶20万～1∶10万的航空磁测工作。1973年5月起，系统地开展了全省1∶5万航空磁测工作，于1986年完成全省1∶5万航空磁测工作，航测面积149967km2。2000年以来，在重要成矿带逐步开展了1：5万地面高精度磁测，已累计完成近10000 km2面积测量。

全省检查了259处航磁异常，编制了全省1：5万航磁图和1：50万～100万航磁系列图，为福建省大地构造划分、区域地质构造分区、区域矿产形成和分布规律研究，提供了重要的信息。

2.1.2 区域重力测量

我省1979年起开展1∶50万区域重力测量，于1986年完成全省面积122325km2。1980年起开展1∶20万区域重力测量，2002年完成全省面积127238.5km2、重力测量剖面1817.8km，岩石密度标本57164块，提交了1：50万区域重力调查报告、22个1∶20万图幅区域重力调查报告和福建省1∶20万区域重力调查总结报告。编制出一套系统、完整的各种重力异常系列图件，建立了1∶20万区域重力数据库。推断解释了福建省地壳二元三层结构模式，划分出2个一级深部构造单元（闽东沿海上地幔变异带、闽西上地幔凹陷带）。推断了福安—南靖超壳深断裂等重要断裂带，并在推断隐伏、半隐伏的侵入岩体或地层块体方面发挥了独特的作用，为我省的地质找矿、科学研究、国防建设提供了一份宝贵的基础资料。

2.1.3 深部地球物理

我省深部地球物理调查已完成大地电磁测深点64个，人工爆破地震剖面约500km，划分了3个主要波速层，推断出上地壳平均厚度10.6km，中地壳平均厚度11.3km，下地壳平均厚度9.6km，提供了大量深部地质构造的信息，为福建省深部地壳结构分层提供了重要依据。

2.2 矿产地球物理勘查

我省矿产地球物理勘查工作60年来成果显著。根据不完全统计，发现和扩大矿产地数十处，其中中大型以上矿产地达26处，能源矿产1处，黑色金属矿7处，有色金属矿5处，贵金属矿2处，非金属矿11处。

电法勘探发现了龙（岩）永（定）煤矿白沙井田、岭根墙石墨矿、螺岗水晶矿等矿床；地面磁法勘探发现了马坑、阳山、洛阳、潘田、银顶格、汤泉、挂山等大中型磁铁矿；电法和磁法勘探还发现了屏峰、上蔡、龙凤场、铁山、湖洋等硫铁矿；磁法勘探与化探结合发现了建阳水吉和尤溪梅仙等大型铅锌矿；同时，电法和磁法勘探在地下水、温泉、矿泉水勘查中发挥了重要作用。

2.3 工程地球物理勘察

我省工程物探起步于上世纪80年代，由福建省物化探大队1985年开发的瞬态无损（低应变动力检测）验桩，1987年经地质矿产部评审，认为达到国内先进水平。1995年，由地矿部勘查技术局主编的行业标准JGJ93－95《基桩低应变动力检测规程》，经地矿部和建设部批准实施，福建物探等多家单位取得了由建设部颁发的基桩检测资质证书，标志着工程物探方法在工程检测应用进入了一个新的时期。1987年，浅层地震方法试验研究经地质矿产部评审通过，当年达到国内先进水平及国际水平。

2.3.1工程物探勘察

我省采用的工程物探勘察方法主要有浅层地震勘察、电法勘探、地质雷达探测等。

浅层地震勘察是利用人工激发地震波，通过布置在地表的传感器接收从地下返回的地震波信息，通过专业软件计算分析，工程技术人员结合工作区的地质情况解释、判断地下地层情况或不良地质体分布情况。浅层地震勘察手段包含有地震反射法、地震折射法、面波勘探法、水上地震勘探、井中波速测试等，主要的应用范围：（1）高速公路、铁路勘察，主要解决边坡、桥梁、隧道位置的土和石分层、构造破碎带调查、隧道洞身的围岩级别划分；（2）建设场地安全性评价，包括建设场地内的断层调查、地层分布情况等；（3）水利工程勘察，用于大坝、围堰位置的构造破碎带调查、地层划分；（4）土石方调查，划分土和石分界线、计算土石方量；（5）土石填方的厚度调查、强夯场地的夯实效果调查；（6）孔内波速和地面脉动测试：了解孔内各地层的剪切波速度和场地卓越周期；（7）滑坡体勘察：了解滑动面的埋深、分布情况，滑坡体的地层划分等。

工程物探中的电法勘探是通过布置在地表的电极对地供电，同时接收不同深度的电压、电流值，计算地层的视电阻率，通过专业软件计算反演，结合工作区的地质情况解释、判断地层情况或不良地质体分布情况。主要应用在：（1）构造破碎带勘探，利用视电阻率的变化划分破碎带的倾向；（2）地下岩溶和空洞探测，划分岩溶发育和空洞的分布情况；（3）地下水探测，查找场地内富水区的分布情况；（4）水库大坝渗漏调查，查明大坝渗漏通道的位置和规模。

地质雷达探测是通过收发一体化天线发射和接收高频电磁波，利用接收反射的电磁波信息，分析判断探测目标体的分布情况或分层变化情况。其主要应用在：（1）隧道施工超前预报：通过隧道施工的掌子面，探测施工前方的地质情况（空洞、断层、含水层）；（2）地下埋藏物探测：地下排污管道、考古、空洞等探测；（3）管线探测：利用管线探测仪器，对区内地下的金属管线（电力、通讯、给水、煤气）的平面位置、埋深探测；利用探地雷达探测地下非金属管线（供水、雨水、排污）的位置和埋深；建立城市地下管网数据库。

多年来，福建省物探工程勘察院以先进的设备、精湛的技术、优质的服务、良好的效果在工程建设中从选址、初勘、详勘到工程质量检测、监测的各个阶段以及地质灾害评估都做了大量的工作，先后开展了福州马尾开发区稳定性评价；福建炼油厂码头、国道104线飞鸾岭隧道选址浅层地震勘探；福州马尾青洲闽江大桥和三县洲闽江四桥选线工程地质勘察；福州新店闽越古城考古调查；316国道三明－青州段公路检测；北京—福州高速公路、福州—宁德高速公路、泉州—三明高速公路、龙岩—长汀高速公路、永安—武平高速公路、宁德—武夷山高速公路和武汉—广州高速铁路、温州—福州铁路、龙岩－厦门铁路、向塘－莆田铁路、四川泸州高速公路初勘、详勘阶段的工程物探勘察等上百个重点项目。1999年，工程物探方法走出国门进入阿联酋勘察市场，先后完成了世界第一高楼迪拜塔、“卡里发B城”普查、初勘、详勘工程物探勘察、“卡里发A城”工程物探勘察、“莫萨法城”工程物探勘察、阿联酋首都阿布扎比机场跑道扩建物探勘察等大型项目，标志着福建工程物探达到了世界水平。

2.3.2工程物探检测

工程物探检测主要用于桩基检测和隧道质量检测。桩基检测包含桩身完整性检测和桩身承载力检测，主要用到的物探方法包括低应变法、高应变法和超声波法等。隧道质量检测主要是用地质雷达法等。

低应变法检测是采用低能量瞬态或稳态激振方式在桩顶激振，利用（加）速度传感器实测桩顶部的弹性波速度时程曲线或速度导纳曲线，通过波动理论分析或频域分析，对桩身完整性进行判定的检测方法，可检测桩身缺陷及其位置。低应变法检测有反射波法、机械阻抗法、动力参数法等。现在常用的是反射波法，用在中小直径桩的完整性检测尤为可靠，近年来，我省城镇建设凡是利用到桩基础的建筑物绝大部分都利用了此方法。尤其是进入21世纪以来，随着PHC桩在福建沿海软土地区的广泛应用，低应变法检测更是成为工程基础验收必不可少的检测项目之一，通过此方法排除了数以万计的断桩，为基础加固提供了设计依据，据保守估计，全省从事此方法的技术人员不少于200人，每年仅用低应变法检测的桩不少于30万根，不合格桩占所检测桩的比例在 3％～5％之间。

因低应变法是在一维弹性杆件的模型上建立的，对于大直径桩，显然是不太适用的。而大直径桩一般用在桥梁和城市高层建筑的基础上，单桩承载力一般都在10000kN以上，其重要性可想而知，仅凭低应变法无法完全把握大直径桩的质量信息。为此，跨孔法超声波检测方法应运而生。超声波检测是在预埋声测管之间发射并接收声波，通过实测声波在混凝土介质中传播的声时、频率和波幅衰减等声学参数的相对变化，对桩身完整性进行检测的方法，可判定桩身缺陷的程度并确定其位置。本方法广泛应用在市政、公路、铁路桥梁和高层民用建筑物上，全省从事此方法的技术人员不少于100人，用超声波法检测的桩不少于1万根/年，不合格桩占所检测桩的比例在1％左右。

高应变动力检测是桩基工程中的一项实用新技术，在我国推广应用的时间已有20多年，它是用重锤冲击桩顶，利用加速度传感器和力传感器实测桩顶部的速度和力时程曲线，通过波动理论分析，对单桩竖向抗压承载力和桩身完整性进行判定的检测方法。它可以部分取代静载的功能，以其技术相对先进、操作较为简便，尤其是相对传统的静载方法，高应变法在节能减排方面优势更为明显，将是以后检测发展的方向，近年来已得到了广泛的推广和应用。

1999年福建省物探工程勘察院引进了美国GSSI公司的SIR－10H型探地雷达，成功地应用于公路、铁路隧道衬砌质量检测和路面、路基质量检测，用来检测初衬厚度及衬砌体与围岩的结合情况检测，二衬的厚度及质量检测，钢筋和钢架的分布情况；检测路面各结构层的厚度，检测路基填方厚度，探测填方路基是否存在不密实部位、空洞等。2009年由福建省交通基本建设工程质量监督检测站和福建省交通建设工程试验检测中心起草的《公路隧道地质雷达检测技术规程》通过福建省交通厅批准实施，标志着我省在隧道衬砌质量检测方面走到了全国前列，将为我省在建工程的隧道质量检测和既有线路隧道质量监控提供依据。

2.4 地球物理勘查方法技术应用

（1）电法测量：在我省矿产勘查方面，电法勘探主要用于煤、锰、铜、铅、锌、石墨、硫铁矿、云母、水晶和地下（热）水等矿产的勘查。目前我省可控源音频大地电磁测深、瞬变电磁法金属矿深部（第二空间）找矿方法已进入试验和研究阶段。

（2）磁法测量：在区域地质调查中主要用于区域地质构造单元的划分和区域性断裂的确定；在矿产勘查方面主要用于油气、铁、锰和地下裂隙水的勘查；在工程地质勘察中主要用于断裂破碎带和场地覆盖层下地质体的划分。在福建的方法研究方向是高精度低缓磁异常和剩余异常深部找矿评价方法技术。

（3）重力测量：在大地构造研究和区域地质调查中，主要用于大地构造和区域地质构造单元的划分以及区域性断裂的确定；在矿产勘查方面主要用于油气、铁、煤等的勘查。在福建的方法研究方向是大比例尺重力测量和深部铁、煤矿重力勘查技术。

（4）地震测量：在大地构造研究中主要用于地壳结构的分层及判别其岩类，在油气勘探中是主要的勘探手段，在工程地质勘察中是场地土结构划分和断裂破碎带确定的有效方法。在工程构件病害检测中主要用于基桩完整性的判断和承载力的预估。在福建的方法研究方向是海湾滩涂油气地震勘探技术和工程孔间声波成像技术及应用研究等。

（5）地温测量：主要用于近地热勘探。在福建的方法研究方向是地温场的分析与控热储热构造的评价。

（6）放射性测量：主要用于铀矿勘查和稀有、稀散、稀土元素矿床辅助勘查。在福建的方法研究方向是环境地质物探方法技术的应用。

2.5 数据处理与解释方法研究

地球物理数据处理与推断解释是地球物理勘探的终极目标。人们通过各种手段，观测到的地球物理场数据，是地下各地质体及地质现象的综合反映，只有通过数据处理和推断解释，才有可能对我们所关心的地质体（现象）给出合理、科学的解释和推断。

常用的重、磁、电数据处理包括延拓、化极、滤波、求导、分量转换、梯度模、界面反演、剖面反演等，以及复杂的带地形反演、三维反演、深度计算、综合约束反演等。2005年，中国地质调查局发展研究中心将物探重、磁、电资料数据处理软件系统进行集成并归入多元地学空间数据管理与分析系统（GeoExpl），该系统具有数据处理与物探异常反演功能，基本涵盖了我国重力、磁测、电法勘探工作进行资料解释处理的全部功能，是目前国内重磁电数据处理与制图功能最全的软件系统，可以处理各种情况与观测精度的重磁数据资料和绝大多数格式的电法资料。同时，该系统可以对多元地学数据进行综合管理和应用，满足地学各类专业工作者在区域地质调查、基础地质研究、矿产资源评价与预测、化探数据处理、物探数据处理解释以及多元地学数据综合利用等方面的需求，主要功能涵盖地、物、化、遥各类常规数据处理与分析，包括多元统计、延拓、位场转换、模拟等；可以实现利用地、物、化、遥及矿产等数据的矿产资源、环境等多目标的综合预测分析。21世纪，重、磁、电数据处理主要研究方向是建立智能化的地质与物探多参数、互约束的解释系统，提高资料综合解释的能力。重点研究高精度重、磁资料精细处理（含变物性参数的地形改正和不损失细节的化极处理等）和复杂地质构造的三维反演方法技术；重点研究多种电法起伏地形下二维和三维精细反演（研究物性突变模型反演算法）方法技术。

地震数据处理解释的目的是对地震采集数据做各种处理，提高地震波数据的信噪比、分辨率和保真度以便于解释；当前油气勘探中地震数据以三维叠前数据为主，主要采用三维时间偏移处理技术，基于共聚焦理论的叠前偏移成像技术正处于研究发展阶段。预处理、静校正、压噪、速度建模等常规处理技术已经广泛应用并向精细化方向发展，并已开始提供地震数据处理解释、地震地质分析、井位部署等一体化服务。21世纪，预计基于聚焦理论的叠前偏移成像技术逐渐走向实用化，复杂地区提高地震数据信噪比的方法和技术不断涌现，各种技术综合应用程度提升，全三维叠前深度偏移等解释性处理技术将是地震数据处理技术发展的重点。地震数据处理解释一体化成为地震勘探行业发展大趋势。

3 地球物理勘查面临的任务与挑战

3.1 深部找矿的迫切需求

几十年来，由于勘查技术和开采技术的局限，考虑到矿业经济的合理性，我国固体矿产勘探和开采的深度大都小于500m。我国中东部地区近地表找矿工作程度较高，探明的矿产资源多数已经开发利用，一批老矿山经过多年开发，进入中后期，接续资源紧张，资源供需形势严峻。为了解决这一问题，考虑到矿区深部和周边寻找接替资源的潜力还很大，国土资源部提出开展深部找矿工作，加大寻找接替资源的力度。地球物理勘查中的诸多方法技术具备超过500m的勘查深度，可以作为深部勘查的关键技术，以适应找矿难度越来越大的客观要求。福建的邵武煤矿、潘洛铁矿等一批老矿山均面临接续资源溃乏，急待解决矿区深部或矿区周边深部是否存在可接替资源的问题。此外，福建推覆构造下找煤已取得初步成果，大量的工作有赖于地球物理勘查提供覆盖层下煤系地层赋存状态的信息。

3.2 各类建设工程地质勘查和检测的要求

随着铁路、公路、地铁、厂址、港口、机场等大型工程地基的综合勘探的需要，发展了一系列工程物探与检测方法，其主要地质任务是确定地表的松散层厚度、第四纪厚度、基岩埋深、断破裂位置、地下空洞、地层赋水性等。常用方法有电法（传统电法、高密度电法）、微重力、高精度磁力、地质雷达(GPR)、浅震、声波、音频电磁法(AMT)、可控源音频大地电磁法(CSAMT)、瞬变电磁法(TEM)、放射性、井间CT、测井等。

在线性工程（铁路、公路）物探方面，高密度电法、地震折射层析法的应用对探测前部小断层、溶洞等不良地质现象，取得了良好的效果。而对于深部隧道的勘探，可控源音频大地电磁法(CSAMT)由于采用了人工场源，增强了信号的强度，探测效果也比较明显。

铁路路基检测方面，已开始尝试采用瞬态瑞雷面波技术、地质雷达技术、瞬变电磁技术、高密度电法技术进行探测的研究，同时引进的拖动电阻率成像系统(CCR)、多频电磁系统(GEM300)也已参与了一些方法试验。

在公路系统，地质雷达对路面质量的监测及钢筋、混凝土质量的检测取得了很好的效果，现在已形成规范的市场领域。在隧道超前预报方面，主要的应用技术有地质雷达、TSP超前预报、负视速度法、超声波法、红外探水法等，这些技术在不同地质情况下应用效果各有千秋，不尽相同。

目前工程物探领域基本上朝着以下三个方面发展：

一是攻深，在保证精度的基础下，提高探测深度。近年来，铁路、公路不断出现大深度的隧道和城市地铁的大规模建设，对深部不良地质体的探测精度要求越来越迫切。

二是攻新，扩展范围。如目前无损检测主要应用于水泥混凝土质量的检测，而工程建筑材料是多种多样的，即使混凝土材料，有些结构物也难以应用，如空心砖的强度，空心楼板的强度及耐用性等。因此随着无损检测的理论、方法技术的提高，检测方法的应用将向工程建设质量检测的各个领域发展。

三是攻细，提高精度，发现细小地质信息。如小岩溶、小容水构造、煤矿小构造、混凝土构件探伤等，这就要求采集仪器具有高采样、高道数、高传输率等特点能力，甚至在理论上有新的突破。

总之，工程物探属于一种无损检测技术，具有采样密度大、速度快、成本低、科技含量高、服务领域广的特点。与钻探相比，工程物探对地下地层可以取得连续剖面，而不是“一孔之见”或“数孔之见”，克服了钻井之间地层是推测的特点，这就是工程物探使用的优势。专家指出，工程物探技术将会出现一个大的飞跃发展，是工程建设中一个必不可少的勘探手段，必将在未来的国民经济建设中发挥重大作用。

3.3 发展低碳产业对新温泉寻找的需求

地热资源的开发与利用是低碳产业的重要组成部分，也是发展旅游业的有利条件之一。福建是我国温泉主要成矿带，但是还有一些温泉地质工作程度较低，尚未搞清控热和储热构造，影响地热资源的规划和开发，同时还有许多新的温泉等待勘查和评价。福建与台湾隔海相望，是中国旅游热点区，高尔夫加温泉健身游是福建旅游精品线路之一。为了促进低碳产业和福建旅游业的发展，近年来已在厦门、漳州等地已经开始地热资源的评价工作，取得了初步进展。福州市也将建设“温泉之都”，发展温泉特色旅游。地热资源的勘查，特别是深部高热量大水量的温泉勘查是福建省今后发展低碳产业和旅游业的需要。地球物理勘查是发现温泉，评价地热资源的重要方法技术，是深部控热和储热构造确定的有效手段。地球物理勘查学科在这一领域发展的机遇已经到来。

3.4 台湾海峡油气勘查的需求

上世纪80年代，地球物理勘查发现了台湾海峡晋江和九龙江两个含油气凹陷，由于海峡两岸关系的问题中断了继续勘查。近年海峡两岸关系趋于缓和，台湾海峡油气勘查又提到了议事日程，同时勘查范围扩大到海湾。地球物理勘查中的磁法、重力、地震等方法技术是海洋油气勘查的主要手段，将在新一轮台湾海峡油气勘查中发挥重要作用。

3.5 工程建设的需求将推动工程物探技术发展

海峡西岸经济区的发展使福建的基础设施得到空前发展，近年来铁路部门开工建设的5条高速铁路总里程超过1000多公里，同时还将大力推进“三纵六横九环”海西铁路网建设，力争福建铁路里程从现在的1600多公里增加到2015年的6000公里以上。交通部门加快了“三纵八横”海西高速公路网的建设，力争高速公路通车里程从现在的2000公里增加到2015年的6000公里。福州、厦门、泉州城市地铁（轻轨）立项已获得国家发改委的批复，并将相继投建。这些基础设施的建设，对工程物探的需求空前增加，不但为工程物探的发展提供了难得的市场机遇，也对物探技术多样性和水平提出了新的要求，特别是在技术的可靠性、分辨率、直观性等方面提出了越来越高的要求。

4 福建地球物理勘查学科发展的主要任务与展望

4.1 研究深部找矿的地球物理勘查方法技术

50多年来，福建省已基本上发现了地表出露的煤矿和金属矿，进一步找矿的难度越来越大，寻找深部隐伏矿体已成为福建省重要的找矿任务，采用地球物理勘查新方法新技术是解决这一问题的重要手段之一。

4.1.1 CSAMT法在覆盖层下寻找煤系地层

CSAMT法是一种可控源音频电磁测深的方法，它以电场与磁场的比值表达电阻率，通过改变频率了解地下不同深度的电性特征。探测深度从地表至地下1.5公里左右。福建含煤地层相对低阻，埋深一般在1公里以上，CSAMT法可以探测覆盖层下是否存在低阻的煤系地层。虽然该方法的静态校正尚没有较好的方法，资料的预处理和处理也需要进一步研究，但是近几年试验结果表明，该方法技术在覆盖层下寻找煤系地层是有效的。所以今后福建在覆盖层下的找煤工作， CSAMT法仍然可作为主要的物探方法进行应用和研究。

4.1.2地面高精度磁测低缓异常寻找深部磁铁矿或其它相关矿体

磁法勘探是直接寻找磁铁矿体和利用铁磁性物质间接找矿的一种快速、经济、便捷、高效的物探方法，但由于早期的悬丝式磁力仪观测精度不高，加上电子计算机尚未普及，数据处理水平不高，许多“低缓异常”，特别是叠加在浅部高强异常区的“低缓异常”尚未得到捕获和认识。现阶段由于高精度磁力仪（光泵磁力仪、质子旋进磁力仪、超导磁力仪、磁通门磁力仪等）的出现和普及，磁测精度极大提高，现行的高精度磁测，观测总误差为5nT。发现微弱的磁异常，研究埋藏深部或磁性较弱的磁性矿体，观测和研究已知矿体下的剩余异常已成为当前磁法勘探的重要任务。人们总是首先重视强度大的异常，但是异常的强弱取决于多种因素，不只是与磁性强弱有关，可由矿体埋深大、呈水平薄板状和磁性变弱导致异常变弱，因而不可忽略低缓异常的找矿价值。福建省应开展已知铁矿山周围或下部低缓磁异常和尚未见矿的低缓、低值、低而宽和形态不规则的异常的找矿研究，力争在深部发现磁铁矿。工作重点应放在铁矿成矿地质条件较好的龙岩和三明地区。

4.1.3 CSAMT法寻找地热水

福建省有丰富的地热水资源，是我国主要温泉区之一。而地热资源的勘查和开发是当今发展低碳经济的重要组成部分。福建省地热水多为基岩裂隙水类型。CSAMT法横向分辨率高，可灵敏地识别构造和目的层，对勘查基岩含水断裂破碎带、确定控热和储热水构造，特别是对深部热源通道的确定可发挥独特的作用。福州、莆田、厦门、漳州、龙岩等地区是我省地热分布区，应充分利用CSAMT法寻找地热水优势，结合浅层地温测量，开展地热资源调查。

4.2 成矿远景区、找矿耙区的划分

4.2.1航空磁测和地面高精度磁测在新一轮找铁工作中的作用

利用磁测资料继续寻找深部铁矿是当前重要找矿课题之一。首先，如何利用新老资料，重新筛选矿致磁异常，是新一轮找铁工作的关键。其次，找矿耙区首先应重视前人推断有找矿意义而尚未查证的异常和查证不彻底的异常；其次应重视已知矿山周边的低缓磁异常和深部剩余异常；三是应重视“性质不明异常”，这类异常查证难度大，但潜力也大；四是应重视未经实地查证使被否定的异常。

4.2.2区域物探、化探、遥感与地质调查等基础资料的综合评价

福建省区域物探、区域化探和区域地质工作已基本覆盖全省，获得了大量的基础数据和地质认识。认真研究这些资料，从中找出规律性的东西，结合遥感与地质调查等基础资料，开展综合评价，进而深化成矿远景区和找矿耙区的划分，为新一轮找矿规划的制定提供依据。

4.3 工程物探技术应用的新领域

（1）隧道与地下工程物探

包括铁路与公路隧道、引水隧洞、地下洞室、地铁等地下工程的地质超前预报。隧道施工中的地质超前预报关系到工程的安全、质量和进度，因而倍受关注，特别是在地质条件复杂的隧道工程中，有必要进行地质超前预报工作。例如在奥地利横穿阿尔卑斯山的隧道施工中就全程使用了超前预报。我省为多山地区，地质条件复杂，隧道开挖中的坍塌、冒顶、涌水等地质灾害时有发生，因而在公路、铁路和水电工程的地下隧道施工中也逐渐开始了地质超前预报工作。隧道地质超前预报要解决的问题主要有三个方面，包括断裂、溶洞、破碎带等不良地质对象的性质、规模的判定；不良地质体的位置及产状的确定；岩体工程类别化的识别等内容。由于隧道内可供观测的空间位置有限，观测方案受到限制，因而要准确地达到预报的要求难度很大。多年来国内外的工程地球物理工作者不断改进探测技术和分析方法，试图提高预报的可靠性和精度，取得了很多成功的经验，但是目前的技术水平在预报准确性和可靠性方面还有待提高。目前地质超前预报工作使用的方法包括工程地质调查与推断、地质雷达探测、反射地震和地震CT等。

（2）边坡处理锚杆锚索的质量检测

近年来地质工程项目日益增多，特别是三峡工程中涌现出大量滑坡、危岩治理问题，锚固技术被广泛采用，锚杆、锚索和锚固桩是最常采用的工程构件，用以稳定滑体和危体。目前使用的锚杆和锚索长度已达几十米，如何检测和评价锚杆、锚索的工程质量和锚固的可靠性，是工程施工中最关心的问题。在城市建设、水利水电、公路铁路建设等工程中，大量采用锚喷支护技术。锚杆的施工质量直接影响着洞室或边坡的安全稳定性。在锚喷支护设计中，通常采用拉拔试验来确定锚杆与岩土介质的界面粘结强度。实际上，拉拔状况下锚杆的界面剪应力并非沿杆长均匀分布，而是近似服从负指数分布，即峰值强度只经历很短的一段杆长就衰减到零。这说明假定条件与实际情况相差较远，计算误差将随试验锚杆长度的增加而增加。而且拉拔试验破坏性大，只能用来抽检，对施工质量控制评价不全面。

近几十年发展起来的无损检测技术是多学科紧密结合的高技术产物。20世纪80年代以来，超声法被逐渐应用于锚固工程的质量检测中，瑞典曾研究利用超声波技术来检测砂浆锚杆的锚固状态，并推出用超声波反射法检测砂浆锚杆锚固状态的商品化检测仪器，但该方法因存在激发条件苛刻和衰减快等缺点而未得到广泛应用。上世纪90年代，美国矿业管理局开发出能检测锚杆应变和长度的超声波仪器，但它无法评价锚杆的施工质量。超声波方法的缺陷是衰减过快，对于长锚杆的检测是无能为力的，且激发条件苛刻又不能做出定量化评价。为了得到比较好的超声波信号，锚头必须磨平，故不适合现场使用。郭世明等从应力波理论出发对锚杆长、注浆饱和度的检测进行了初步探讨。目前国内锚杆无损检测大多是采用应力波反射法进行检测，这种方法能够全面地对锚杆的锚固质量做出评价。

（3）大型桥梁工程质量与病害的检测与评价，包括基础岩溶、桩基、T型梁板、波纹管、箱梁、刚构的质量检测。

我国现有桥梁超过55万座，已经成为桥梁大国。其中绝大部分是混凝土桥梁，有将近1万座桥梁不同程度的存在结构问题，需要检修与加固。以往的检测技术主要以外观检测为主，缺乏结构内部质量与健康状况的无损检测与评价技术，成为桥梁结构检测的一大难题。2006年在重庆开始用声波CT技术对桥梁混凝土质量与健康状态进行检测试验。声波CT使用板内对称模态低频lamb波，以混凝土波速分布评价混凝土强度、密实性与均匀性，并结合钻芯取样和对比试验，得到了很好的验证。该法在云南、重庆广为应用，对运营中桥梁的病害和建设中桥梁的质量进行检测，是物探新技术服务于经济建设的完美例证。

5 地球物理勘查学科发展的对策与建议

5.1 地球物理勘查学科科学技术发展的主攻方向

地球物理勘查学科涵盖了地质、矿产、工程等多个领域，近期和今后发展的主攻方向是提高探测目标的空间几何分辨率，增强识别、区分、描述尺度更小和结构更复杂的探测目标的能力，区分物性反差较弱的探测目标的能力，提高适应在复杂地形、地貌、不利地表条件及各种人文干扰条件下的工作能力，提高资料综合解释的能力。要研究煤矿、金属矿，特别是深部铁矿找矿方法，地热资源调查方法，适应福建省地质条件的地质、地球物理、地球化学、遥感等综合找矿评价方法，工程地质综合勘察方法和工程病害综合最佳判别方法等。

5.2 开展新方法新技术研究与应用

为了更好地为福建省经济建设服务，应当提高各种基本物探方法技术解决问题能力的研究，同时引进新技术新方法，用以解决当前深部地质矿产和工程建设方面的问题。建议重点开展以下几方面的研究：

（1）高精度磁测资料精细处理和复杂地质构造三维反演方法技术；

（2）区域地温场调查方法技术；

（3）可控源音频大地电磁测深、瞬变电磁法等方法技术在探测覆盖层下地质体的应用技术；

（4）在高阻地电条件下激发极化法测量技术；

（5）建筑工程结构检测方法技术。

5.3 勘查方法的综合实施和资料综合解释

考虑到地球物理勘查各方法技术解决地质问题的特点和推断解释的多解性，应开展优化地球物理勘查方法和资料综合解释的方法技术。研究不同地质环境和不同地质问题的地球物理勘查方法技术选择方式，以达到优质高效地解决各类地质问题和工程问题。地球物理勘查的六大类方法是基于地质体的不同物理性质差异来解决地质、矿产和工程的问题，各类地球物理勘查技术特征不尽相同，解决问题的侧重面也完全不同，因此，地球物理勘查方法技术自身需要综合使用，同时还应综合其他地质勘查的资料进行综合解释，以获得符合客观存在的地质体赋存状况，或较准确地判断工程病害。

5.4 人才培养和高端人才的引进

地球物理勘查是地学领域高科技学科之一，技术人才是学科发展的关键。由于历史的原因，目前我省地球物理勘查专业技术人员总量少、高层次专业技术人员短缺，已不适应地球物理勘查学科发展的要求。进一步壮大地球物理勘查科技人才队伍，加强地球物理勘查高素质、高层次人才培养和引进，加强地球物理勘查后备科技人才队伍建设，全面提升地球物理勘查科技人才的创新能力，是今后地球物理勘查学科发展的重要任务和关键所在。与此同时，我省专业物探队伍已被取消，现存的为数不多的物探专业技术人员被分散在多家以地质矿产为主体的综合性地质队伍中，不利于发挥整体优势，建议尽快组建专业性物探队伍，以整合资源（人才、设备、技术），适应当前形势的需要。

5.5 多学科的合作与交流

地球物理勘查是地质、矿产、工程研究的重要方法之一，应加强与矿物学、岩石学、构造地质学、动力地质学、地球化学、地史学、工程地质学等学科合作与交流，发挥地球物理勘查学科的独特作用，协同解决地质、矿产、工程等方面的问题。

5.6 拓展学科服务领域

随着地球物理勘查学科技术的发展和地质、矿产、工程对地球物理勘查的需求逐渐增加，地球物理勘查的服务对象逐渐增加，除了服务于解决地质、矿产传统问题外，使用于解决工程地质及工程结构等问题越来越广泛。拓宽地球物理勘查学科的服务领域，促进本学科的自身发展，多方位地为经济社会发展服务将成为地球物理勘查的重点内容。

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课题组成员：

1、王根建，高级工程师。

2、蔡洪美，高级工程师。

3、林善华，高级工程师。

4、林秀萱，级物探高级工程师。