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什么是地球物理勘探技术？

所谓的物理勘探，即物探，是为了测量地层物理量（如：速度、密度、电阻率等等），结合已知地质资料进行分析研究，达到推断地质状况的目的。

物探技术的应用有哪些？

物探技术发展了近百年了，在矿产资源勘察和地勘领域，使用十分广泛也很成熟。主要的方法有：电法、磁法、重力、地震和放射五大方法。我们把物探技术应用到环境工程领域，技术手段可以借鉴，但是对测量目标的理解却是安全不同的，从测量维度、分辨率、地层连续性等方面，都截然不同，因此无法简单复制，需要做很多适用性的研究和开发。

做土壤和地下水调查，我们常用的三把刀是：电阻率法（ERT，电阻率断层扫描，类似于CT），探地雷达（GPR，类似于B超）和感应电磁（EM，类似于血氧仪和血压计）

三种手段也各有长处和适用性，我们会根据场地的实际情况，尽量选择至少2种方法做，既取各方法所长，也是为了不同方法的结果能相互印证，保证检测结果的准确性。

这是电阻率法的测线布设，在测试断面上布设一排电极，电极插入土壤中20-30cm即可。

电阻率法的优势在于垂直断面的测量，并且深度可达100米甚至更深。

这是感应电磁法（EM），测量电导率在场地平面的分布。测试效率很高，但是深度有限，只能到15-20米，并且对干扰和噪声很敏感。

这是探地雷达，通过测量地层的介电常数，确定不同介质的界面。测试效率也很高，但是深度也只能到5-10米，并且对数据处理和解读的要求较高。

电阻率和物理探勘又有什么联系呢？通过电阻率怎么去判断性质呢？

我们脚底下的各种地层材料，一般来说，电阻率都会有差异，而同一种岩性的材料，含水率、温度、是否被污染等，也都会影响其电阻率，因此情况是很复杂的，这也是电阻率法和其他物探方法，无法定量的原因。

但是稳定的地层，是有一定的连续性的。如果不连续，通常也会表现为电阻率的不连续，因此我们可以借助电阻率参数去探测地层的连续性以及不连续的异常（异常、异常，重要的事情讲三遍哈！）在哪里，并且需要去解释这个异常。

有些专家会较真，说存在不同岩性但是电阻率完全相同的情况。不可否认，这种情况是存在的，但是概率极低。而且物探技术本身的一大挑战，就是要去处理“多解性”的问题，所以我们需要“正演”、也需要“反演”进行印证；我们还会尽量用不同方法、多参数地去检测，从而提高结论的准确性。

例如，有条件的情况下，我们会用电阻率法（看电阻率），再用雷达去推（看介电常数），也会用激电方法（看极化率）等等。

电阻率法的基本原理是什么呢？

电阻率法的基本原理，是下面的这个图和公示：

就是传统的四极法，也叫电阻率测深。即一对发射电极（我们成为AB极，图上和国外通常称为C1和C2极）向地下发射一个稳定的直流电流，同时通过中间布设的接收电极（我们成为MN极，图上和国外称为P1和P2极）测量两点之间的电位差，最后通过下面的公式，计算出一个视电阻率值。

公式中的K值，和四个电极的位置有关，也有一个公式。而测量后计算出来的视电阻率值，反应的是P1和P2电极正中间往下一定深度位置的电阻率值，深度是C1到C2电极距离的1/2~1/6.

电阻率成像又是怎么样生成的呢？

实际测试过程中，不停地挪电极，我们叫做跑极。测试很快，但是跑极很慢，因此效率很低，所以我们发展了一次布设所有电极后，通过智能交换和开关装置，进行连续自动测量的系统。

这就是我们所说的，高密度电阻率法（ERT，Electrical resistivity tomography），也叫电阻率断层扫描。

目前除了少数要求深度过千米的测试之外，大部分场景用高密度电法（ERT）就够了。一次布极测量一个断面，几千甚至上万个点（像素），通常2-3个小时就完成了，效率很高。

通过这样的方法就能够得到如下图所示的“拟断面图”，我们这里直接测出来的， 是视电阻率，所以我们称之为“拟断面”，经过反演计算还获得实际的电阻率后，就能得到电阻率剖面图。

以下介绍一下我们做过的案例及测试方法：

我们用二维的ERT，要求三维的，我们用三维的ERT，有井的，我们用井下装置，要求测两口井之间的，我们用井下跨孔装置，等等

比如，这种就是井下和跨孔的，不仅需要特殊的电缆系统，还需要特定的电极选定方式，也就是Array。

水上测试：

这是水面连续测量，等等，有很多不同的方式；

ERT方法非常好用，在很多应用场景，可以提供非常有价值的资料。

例如，这是在冶炼厂罐区旁边测到的一组数据，可见地层2-6米深处，与多处不连续的烃类污染羽。

这是在垃圾填埋场测到的一个断面，可见填埋垃圾（低阻）和最下面背景地层之间的差异，其分层结构非常清

跨孔装置灌药：

这是使用跨孔装置测量的，修复场地灌注井药剂灌注前后，地层电阻率演变的一个成果。

管线泄漏：

管线中有介质侵入地层后，一定会导致被污染区域的电性，和背景地层之间越来越明显的差异。所以根据介质的电阻率特性以及地层的电阻率断面图，可以判断管线泄漏的位置。