第二节　发展简史

2004年6月6日至11日，在武汉召开了环境与工程地球物理国际研讨会，包括中国、美国、加拿大、瑞典、日本、法国、韩国等20多个国家和地区的近300名环境与工程地球物理研究人员提交了科研论文，包含大量的环境与工程地球物理的应用实例和解决问题的方法，说明了工程地球物理的应用领域在不断地扩大，内容涵盖了工程建设、水资源和地热资源勘查、灾害评价与预测、环境污染检测和监测、施工质量检测、考古研究等，并且向生态农业、生物生长监测等方面发展，与人们日常生活和国家发展结合更加紧密。环境与工程地球物理勘查中曾经存在的许多疑难问题，得到了较好的解决或获得了解决的具体思路和方法，如水库水坝的渗漏问题、夹心墙的检测问题、隧道的超前预报问题、活断层探测等。

从应用的目标来说，工程地球物理探测的主要目标也在发生变化，趋势是从常规的地层界面探测或目标物定位等逐渐向确定地层和目标物的属性方向发展，例如，采用高分辨率浅层地震方法配合井中地球物理资料，不仅应用于沉积物的界面划分，还利用地球物理资料分析沉积物的属性，提供地层的水文地质学信息，解决含水量、孔隙度等参数，极大地提高了地球物理方法在水文地质调查中的作用。另一个引人注目的应用实例是采用综合地球物理方法对秦皇陵进行考古研究，秦皇陵是中国，也是世界的一大重要文化遗产，我国地球物理学家在考古研究中，不仅确定了秦始皇陵的存在性，还清晰地确定了地下地宫的位置、陪葬坑以及深部逃逸通道等，初步的验证结果说明了探测的正确性，其研究成果也将极大地促进考古地球物理的应用和发展。

在运用的方法技术方面，传统方法与新方法、新技术并重，如直流电阻率方法、高密度电法、激发极化方法、浅层地震等应用，取得了较好的效果。新的方法技术如采用CSAMT方法进行洞穴探测（胡祥云，2004）、采用电磁法进行地质灾害评价（何兰芳，2004），以及多道面波技术的应用。GPS技术和可视化技术等新技术紧密地与地球物理结合，可以更加直观、准确地解决环境与工程中的问题。

从方法的研究和发展来看，新方法、新技术大量涌现，使得工程地球物理更加富有朝气，如多道面波技术（MASW）、瞬变电磁技术（TEM）、层析成像技术（CT）等反映出具有探测速度快、成像精度高的优点，在工程地球物理中具有巨大的应用前景。

电法和电磁法获得了长足的发展，取得了许多新成果，同时又开辟了新的研究领域，例如，分布式高密度电阻率/激发极化的开发成功，提高了测量的效率和增加测量的信息，同时也提出了复杂地形条件下任意测量极距的探测结果三维处理和成像解释技术的研究。昌彦君、罗延钟（2004）等将激发极化方法和电磁法研究成果结合起来，提出了时间谱电阻率方法（TSR）：测量激发电流关断后的时间谱，分别提取地下介质的激发响应和电磁响应，应用于解决各种地质问题。一些重要的电磁法，如CSAMT、MT、EM（EH—4）方法在环境和工程领域发挥重要的作用。航空电磁法也发展很快，测量稳定性和测量精度都有很大的提高，其应用包括探测海水入侵范围和边界、区域水资源评价等方面。

探地雷达（GPR）方法经过近30年的发展，方法技术逐渐成熟起来。从目前的发展趋势来看，在探地雷达传统应用领域得到加强的同时，又出现了一些新的应用领域，如多维探测，阵列天线的探测，方向性的探测，高分辨、大深度的探测等。

重磁方法在工程地球物理中应用有待拓展，但在金属矿勘探中起着重要作用。由于重磁多分量梯度测量技术的解释和快速准确定位技术的发展，特别是梯度测量和张量测量提供了丰富的信息，重磁方法在环境与工程中的作用越来越明显，例如，在沉船探测、秦皇陵考古研究等方面都具有重要的应用效果。高精度重磁探测在低品位矿开发中具有不可替代的作用。

资源与工程地球物理的发展也促进了数据处理、正反演解释和成像技术的发展。频谱分析、小波分析和统计方法广泛应用于数据的去噪和弱信号的提取。反射地震和探地雷达资料的偏移成像等，采用包括解析、有限元、有限差分等方法，研究介质从各向同性向各向异性介质的方向发展，正演拟合也逐步趋于真实的介质，反演方法也从线性方法向非线性方法发展。但从目前的软件分析来看，还有很大的发展空间，如多道面波技术的频散曲线反演主要是一维，还没有二维反演方法和软件；电磁法的反演也大多集中在一维和二维，广泛应用的三维反演软件很难见到；浅层反射地震和探地雷达很少有商业的反演软件。

我国在建国初期就成立了工程物探、水文物探和环境物探的相关部门。经过几十年的发展，相关部门还保留了相应的机构，但作为学术组织和学科的建设，逐渐将水文、工程、环境物探融合成为环境与工程地球物理，研究的内容也有较大的扩展和增加。对于传统的三个方向，在我国占主导地位的是工程地球物理，主要表现在大型和特大型工程的开工建设，需要进行大量的探测和质量检测工作，在工程地球物理方面的投资也较大。而我国的干旱和半干旱国土面积达到52%，水文物探方向主要目标是找水，在西部大开发战略中，要建设和开发西部，找水和水资源的评价是非常重要而关键的一环。资源地球物理是一个越来越受到重视的方向，具有巨大的发展潜力。我国改革开放以来，经济得到了巨大的发展，随着钢铁、航空航天及高科技的发展，矿石短缺也是不争的事实，过去认为是“废石”，现在已成为有价值的矿产，国家和地方都注意到这个问题，需要大量的物探工作来开辟新的资源。在进行开发的同时，也要注重环境的保护和灾害的治理，实现可持续发展，这成为资源地球物理发展的一个重要契机，也是地球物理人员为国家服务的最好的时机。

1.发展阶段

在世界范围内，水文物探经历了20世纪50、70年代两个大的发展时期，其特点是水文、工程物探的投资产量大幅度增加，尤其是工程物探的投资更快，每年以20%的速度增长。我国发展与国际发展大致相当，从20世纪以来，经过四个发展阶段：

第一阶段　40～50年代　找水

第二阶段　60～70年代　找水与管理

第三阶段　80～90年代　找水、管理与治水

第四阶段　90～现在　智能化

2.特点

①技术方法不断增加，由第一阶段的几种发展到现在几十种；

②仪器设备迅速现代化，实现了“三化”（小型化、轻便化、自动化），达到了“三高”（高灵敏度、高分辨率、高倍噪化），发展了“三多”（多通道、多参数、多功能）；

③范围扩大，应用水平提高，由浅部到深部，从松散层到各类构造，由国内到国外，成井率不断提高；

④勘探量不断增加，水文物探1∶50万～1∶5万并列性调查已覆盖大部分国土面积，大比例尺1∶2.5万～1∶1万水文物探普查已达到相当面积，完成多个供水项目物探，目前开发大西北水文物探和资源物探又在加大力度，如沙漠找水、国家“305计划”等。

3.工程物探发展

1996年度原地矿部统计资料，完成工程物探和桩基检测项目459个，年总产值达到10亿元，比1995年增长30%。

①地下管线探测，完成了大城市普查工作（包括电缆），在市政建设方面有了较大发展；

②地下障碍物探测，包括防空洞、老桩基等埋设物探测有了长足进步；

③基坑施工、软土地基及其他灾害监测、工程质量无损检测等投入小、见效快的行业迅速发展。

从发展前景来看，常规物理方法的发展主要是提高探测深度、广度、分辨能力及新仪器的使用，新物理参数的使用；高频技术、微波技术、激电参数测定，如η、ρ、D、J、T等；地热勘探中对岩石力学参数的测定；工程勘探中对E、k、λ等的测定。其次是如何提高物探工作的速度和效率，如航空探测、遥测、综合物探的运用等。