地面物探方法，已被證明是探測(cè)地下巖性、劃分地層和確定構(gòu)造的有效手段之一，幾乎所有地面物探方法均可用于尋找地下水和判定某些水文地質(zhì)特征。但是，絕大多數(shù)物探方法并不是直接地測(cè)定出地下水的物性顯示，而是通過測(cè)定出巖石或裂隙、空洞的物性顯示，去判斷是否有含水層和富水帶的存在。當(dāng)然，巖石本身的物性顯示在一般情況下又比水強(qiáng)烈得多，因此，準(zhǔn)確地說，多數(shù)的物探方法均是間接的找水方法。

 

  地面物探方法的種類很多。在水文地質(zhì)調(diào)查中，運(yùn)用較多的是那些所測(cè)得的物性特征在各類巖石中（包括有水的和貧水的地段）差別較顯著、顯示比較穩(wěn)定、強(qiáng)烈，且受自然環(huán)境和人為因素干擾較小的物探方法。這類方法，首推各種電阻率法，磁法、放射性探測(cè)法、和聲波探測(cè)法也常用到，而地震和重力等方法相對(duì)使用較少。

 

  在水文地質(zhì)調(diào)查中主要使用的物探方法（傳統(tǒng)方法）有：（1）電法勘探；（2）電法測(cè)井等。在工程地質(zhì)調(diào)查中主要使用的物探方法（傳統(tǒng)方法）有：（1）電法勘探；（2）地震勘探；（3）聲波探測(cè)等。

 

  考慮到一般的電阻率法，在各種地球物理勘探和水文地質(zhì)物探教材中已有詳盡論述，而磁法、重力和地震方法在水文地質(zhì)勘查中使用較少，故本章將著重介紹目前用于水文地質(zhì)勘探及尋找地下水較為有效的，已有物探或?qū)Ｋ滩闹杏治瓷钊虢榻B的各種物探方法。

 

  （l）自然電場(chǎng)法。這種方法是以地下存在的天然電場(chǎng)作為場(chǎng)源。由于天然電場(chǎng)主要是與地下水通過巖石孔隙、裂隙時(shí)的滲透作用及地下水中離子的擴(kuò)散、吸附作用有關(guān)。因此，可根據(jù)在地面測(cè)量到的電場(chǎng)變化情況，查明地下水的埋藏、分布和運(yùn)動(dòng)狀況。這種方法主要是用于尋找掩埋的古河道、基巖中的含水破碎帶，及確定水庫(kù)、河床及堤壩的滲漏通道，以及測(cè)定抽水鉆孔的影響半徑等。

 

  這種方法的使用條件，主要決定于地下水滲透作用所形成的過濾電場(chǎng)的強(qiáng)度。一般只有在地下水埋藏較淺、水力坡度較大和所形成的過濾電位強(qiáng)度較大時(shí)，才能在地面測(cè)量到較明顯的自然電位異常。

 

  （2）激發(fā)極化法。這種方法是根據(jù)供電極斷電后，由電化學(xué)作用引起的巖石和地下水放電電場(chǎng)（即二次場(chǎng)）的衰減特征來尋找地下水。二次場(chǎng)的衰減特征可用衰減度（D）、衰減時(shí)（τ）等參數(shù)表示。判斷地下水存在效果較好的測(cè)量參數(shù)，通常是τ和D。τ是指二次場(chǎng)電位差（ΔUz）衰減到某一規(guī)定數(shù)值時(shí)（通常規(guī)定為50％）所需的時(shí)間（單位為s）。D亦是反映極化電場(chǎng)（即二次場(chǎng)）衰減快慢的一種測(cè)量參數(shù)（用百分?jǐn)?shù)表示）。由于巖石中的含水或富水地段水分子的極化能力較強(qiáng)，又因二次場(chǎng)一般衰減慢，故D和τ值相對(duì)較大。

 

  激發(fā)極化法和電阻率法一樣，分為剖面法、測(cè)深法和測(cè)井法。其中，激發(fā)極化測(cè)深法用得最多，主要用于尋找層狀或似層狀分布的各種地下水以及較大的溶洞含水帶，并可確定它們的埋藏深度。

 

  由于激發(fā)極化所產(chǎn)生的二次場(chǎng)值小，故這種方法不適用于覆蓋層較厚（如大于20m）和工業(yè)游散電流較強(qiáng)的地區(qū)。電源笨重、工作效率較低、成本較高，也是這種方法的不足之處。

 

  （3）交變電磁場(chǎng)法。這種方法是以巖石、礦石（包括水）的導(dǎo)電性、導(dǎo)磁性及介電性的差異為基礎(chǔ)，通過對(duì)以上物理場(chǎng)空間和時(shí)間分布特征的研究，達(dá)到查明隱伏地質(zhì)體和地下水的目的。

 

  電磁法是近二三十年才推出的新物探方法。目前已在生產(chǎn)中使用的有甚低頻電磁法（利用超長(zhǎng)波通訊電臺(tái)發(fā)射的電磁波為場(chǎng)源）、頻率測(cè)深法（以改變電磁場(chǎng)頻率來測(cè)得不同深度的巖性）、地質(zhì)雷達(dá)法（利用高頻電磁波束在地下電性界面上的反射來達(dá)到探測(cè)地質(zhì)對(duì)象的目的）等。其中，甚低頻法對(duì)確定低阻體（如斷裂帶、巖溶發(fā)育帶和含水裂隙帶）比較有效；而地質(zhì)雷達(dá)則具較高的分辨率（可達(dá)數(shù)厘米），可測(cè)出地下目的物的形狀、大小及其空間位置。

 

  近年來，原蘇聯(lián)科學(xué)家又設(shè)計(jì)出一種新的能直接尋找地下水的電磁法，即核磁找水法。其原理如下：由于水具弱磁性，故在磁場(chǎng)作用下，其磁矩將沿地磁的方向排列。當(dāng)在垂直地磁場(chǎng)方向施加一定強(qiáng)度和頻率的人工磁場(chǎng)時(shí)，水分子就會(huì)產(chǎn)生核磁共振現(xiàn)象。其磁振動(dòng)頻率將會(huì)在地面鋪設(shè)的金屬線圈中產(chǎn)生一定的電感應(yīng)訊號(hào)。測(cè)定出這種訊號(hào)的強(qiáng)度，就可確定出地下水的埋深和富集程度。

 

  （4）放射性探測(cè)法（天然放射性找水法）

 

  自然界存在三個(gè)放射性元素系（鈾一鐳系、釷系和錒系），但在巖石和水中分布較廣泛的，主要有鈾（U）、鐳（Ra）、氡（Rn）、釷（Th）和鉀（40K）。天然放射性元素發(fā)生衰變時(shí)能放出α、β、γ射線，而這些射線的強(qiáng)度可利用核輻射探測(cè)儀器加以測(cè)定。尚須指出，用放射性方法所測(cè)量到的射線，主要是氡及其子體產(chǎn)生的，而鈾、鐳等元素放出的射線是次要的，故氡及其子體是放射性探測(cè)法首先重視的對(duì)象。

 

  放射性探測(cè)法主要適用于尋找基巖地下水，這是基于以下原因：①不同類型巖石，由于其放射性元素含量不同，其放射性強(qiáng)度常有差異；②巖石中斷裂帶和裂隙發(fā)育帶，常是放射性氣體運(yùn)移和聚積的場(chǎng)所，故可形成放射性異常帶；③在地下水流動(dòng)過程中（特別是在出露地段），由于水文地球化學(xué)條件的突然改變，可導(dǎo)致水中某些放射性元素的沉淀或富集，從而形成放射性異常。

 

  由于地下水中所含放射性物質(zhì)甚微，所以利用天然放射性找水，并非直接測(cè)定地下水的放射性，而是通過測(cè)定巖石的放射性差異去判斷有無含水的巖層，有無可供地下水賦存的斷裂、裂隙（通道）構(gòu)造。放射性探測(cè)的方法很多，但都是基于測(cè)量氡及其子體的射線強(qiáng)度；放射性探測(cè)的儀器種類也很多，但從原理上說主要分為γ、α兩種輻射儀（這是因?yàn)棣蒙渚€穿透力較強(qiáng)，α粒子電離本領(lǐng)較強(qiáng)）。現(xiàn)將目前使用較多的方法簡(jiǎn)介如下。

 

  ①γ測(cè)量法。所測(cè)量的是鈾、釷、鉀等放射性元素及其子體輻射出的γ射線的總強(qiáng)度。本方法使用的儀器輕便，工作效率高，對(duì)查明巖層分界線和破碎帶有一定效果；但其異常顯示不夠明顯，覆蓋土層厚度較大時(shí)效果不佳。

 

  ②放射性能譜測(cè)量法。是在γ測(cè)量法的基礎(chǔ)上新推出的方法。在同一測(cè)量剖面線上，四條輻射強(qiáng)度曲線的相互配合，可大大提高地質(zhì)解釋的精度。

 

  ③射氣測(cè)量法。該方法是用射氣儀（測(cè)氡儀）測(cè)量土壤中放射性氣體（主要是氡氣）的濃度，以發(fā)現(xiàn)浮土下的放射性異常帶。

 

  測(cè)氡法對(duì)于尋找脈狀基巖含水帶有很好的效果。但其測(cè)量結(jié)果，也難免受到土壤濕度、溫度、氣壓、土壤密實(shí)程度和融凍狀態(tài)的影響。

 

  ④α徑跡測(cè)量法和α卡法。這兩種方法均是測(cè)量土壤蓋層中α射線的方法。α徑跡法是將特制的薄膜（或膠片）放在固體絕緣容器中（一般用陶瓷杯），將容器倒置埋設(shè)于地面下0.3—0.6m深度內(nèi)，經(jīng)過10一20d后，取出特制薄膜（或膠片），在顯微鏡下統(tǒng)計(jì)出薄膜上被α射線轟擊后留下的潛跡（孔），從而確定出α射線強(qiáng)度；α卡法則是將特制的α卡片埋置于地下，使之聚積氡的衰變子體，而后使用α輻射儀測(cè)量出α射線強(qiáng)度。這兩種方法，由于接收片在地下埋置的時(shí)間較長(zhǎng)，聚積的放射性元素多，接收到的輻射量大，因而捕捉到的異常突出清晰，測(cè)量結(jié)果精度較高，且在浮土厚度較大時(shí)（數(shù)十米）亦不受影響。兩種方法的主要缺點(diǎn)是工期較長(zhǎng)。

 

  ⑤210Po法。它和α卡法一樣，也是一種長(zhǎng)期積累的測(cè)氡方法。但它是通過采集土樣，經(jīng)化學(xué)處理后，再用α輻射儀測(cè)量210Po放出的α射線強(qiáng)度。由于210Po是一個(gè)長(zhǎng)壽命、強(qiáng)輻射的天然同位素，故其探測(cè)深度亦較大，且不適用于土層已經(jīng)再搬運(yùn)過的地區(qū)。