在工程地质勘察中，除开展地表工程地质测绘外，还应利用工程地质勘探手段查明一定深度范围内岩土体的空间分布情况及其工程性质。工程地质勘探常用的手段有钻探工程、坑探工程及地球物理勘探3类。

钻探和坑探工程是直接勘探手段，能较可靠地了解地下地质情况。地球物理勘探是一种间接的勘探手段，它可以简便而迅速地探测地下地质情况，且具有立体透视性的优点，但其勘探成果具多解性，使用时往往受到一些条件的局限。考虑到3类勘探手段的特点，布置勘探工作时应综合使用，互为补充。

9.2.2.1　钻探

钻探是水利水电工程地质勘察中最常用的勘探手段。它一般不受地形、地质条件的限制，几乎可以在任何环境下进行。它能直接观察岩芯和采取岩土样，勘探精度较高，能进行孔内水文地质试验等测试和用于监测工作。它勘探深度大，且不受地下水位的限制，效率较高。因此，钻探在工程地质勘察中被广泛应用。

现在采用的钻探方法主要有冲击钻探、回转钻探和振动钻探等，其中以回转钻探使用最为广泛（表9-2）。

表9-2　工程地质钻探概况表

9.2.2.1.1　钻孔设计书的编制

钻探的一个突出特点是通过钻探可以获得多方面的勘察成果，能够最大限度地发挥综合效益。为此，在水利水电工程地质勘察中，往往需要逐个钻孔编制设计书，以保证钻探工作达到预期的目的。尤其是一些孔深较大、孔身结构较复杂的岩芯钻探孔，更应该认真编制钻孔设计书。钻孔设计书的内容要点包括：

（1）钻孔附近的地形、地质概况及钻孔目的。钻孔的目的一定要充分说明，使施钻人员和编录人员都明确该孔的意义及钻进中应注意的问题。这对于保证钻进、编录工作的质量至关重要。

（2）钻孔的类型、深度及孔身结构。根据已掌握的资料绘制钻孔设计柱状剖面图，说明孔中将要遇到的地层岩性、地质构造及水文地质情况等，据以确定钻进方法、钻孔类型、孔深、开孔和终孔直径以及换径深度、钻进速度及保护孔壁的方法等。

（3）工程地质要求。包括岩芯采取率、取样、试验、观测、止水及编录等各方面的要求。编录项目及应取得的成果资料有：①钻孔柱状剖面图；②岩芯素描（或照相）；③钻进观测；④试验记录及钻探日志等。

（4）说明钻探结束后对钻孔的处理意见，是封孔还是留做长期观测孔等。

9.2.2.1.2　钻孔编录

钻孔编录是钻进过程的详细文字记载，也是岩土工程钻探最基本的原始资料，必须认真、细致地做好编录工作，以全面、准确地反映钻探工程的第一手地质资料。钻孔编录的内容包括岩芯观察、描述和编录，水文地质观测，钻进动态观察和记录。

为了对孔中情况有直观的印象，也往往采用钻孔摄影和钻孔电视，对孔内岩层裂隙发育程度及方向、风化程度、断层破碎带、岩溶洞穴和软弱泥化夹层等进行更直观的观测，无疑可以提高钻探工作的质量和钻孔利用率。

9.2.2.2　坑槽探

坑槽探是水利水电工程勘察中广泛应用的方法。坑槽探也称山地工作，一般包括探槽、探坑、浅井、竖井（斜井）、平硐和石门（平巷）等（图9-5）。其中前3种为轻型山地工程，后3种为重型山地工程。与钻探相比较，其特点是勘察人员能直接观察到地质结构，准确可靠，且便于素描；可不受限制地从中采取原状岩土样和用作大型原位测试。尤其对研究断层破碎带、软弱泥化夹层和滑动面（带）等的空间分布特点及其工程性质等更具有重要意义。缺点是使用时往往受到自然地质条件的限制，耗费资金大而勘探周期长，在地下水位以下施工比较困难，深受限制。

不同坑槽探类型的特点和适用条件如表9-3所示。

9.2.2.2.1　坑槽探工程设计书的编制

坑槽探设计书应在水利水电工程地质勘探总体布置的基础上编制。其主要内容包括：

（1）坑槽探工程的目的、类型和编号。

（2）坑槽探工程附近的地形、地质概况。

（3）掘进深度及其论证。

（4）施工条件。包括掘进的难易程度、掘进方法、可能涌水状况及应采取的排水措施，是否需要支护及支护材料、结构等。

图9-5　常用的坑槽探类型

1.探槽；2.探坑；3.竖井；4.平硐；5.石门；6.浅井

表9-3　常用的坑槽探的特点与适用条件

（5）工程地质要求。包括掘进过程中应仔细观察、描述的地质现象和应注意的地质问题；对坑槽壁、顶、底板掘进方法的要求，是否许可采用爆破作业及作业方式；取样地点、数量、规格和要求等；岩土试验的项目、组数、位置以及掘进时应注意的问题；应提交的成果等。

9.2.2.2.2　坑槽探的观察和描述

坑槽探的观察和描述是反映坑槽探工程第一手地质资料的主要手段，内容包括：

（1）地层岩性的划分。第四系堆积物的成因、岩性、时代、厚度及空间变化和相互接触关系；基岩的颜色、成分、结构构造、地层层序以及各层间接触关系；应特别注意软弱夹层的岩性、厚度及其泥化情况。

（2）岩石的风化特征及其随深度的变化，进行风化壳分带。

（3）岩层产状要素及其变化，各种构造形态；注意断层破碎带及节理、裂隙的研究；断裂的产状、形态、力学性质；破碎带的宽度、物质成分及其性质；节理裂隙的组数、产状、穿切性、延展性、隙宽、间距（频度），必要时作节理裂隙的素描图和统计测量。

（4）水文地质情况。如地下水渗出点位置、涌水点及涌水量大小等。

9.2.2.2.3　坑槽探工程展视图

展视图是坑槽探工程记录的主要内容，也是坑探工程所需提交的主要成果资料。所谓展视图，就是沿坑槽探工程的壁、底面所绘制的地质断面图，按一定的制图方法将三维空间的图形展开在平面上。它可以明了地表示坑槽探所揭示的地质成果。

不同类型坑槽探工程展视图的编制方法和表示内容有所不同，其比例尺应视坑槽探工程的规模、形状及地质条件的复杂程度而定，一般采用1∶25～1∶100的比例尺。下面介绍探槽、试坑（浅井、竖井）和平硐展视图的编制方法。

（1）探槽展视图。首先进行探槽的形态测量。用罗盘确定探槽中心线的方向及其各段的变化、水平（或倾斜）延伸长度、槽底坡度。在槽底或槽壁上用皮尺作一基线（水平或倾斜方向均可），并用小钢尺从零点起逐渐向另一端实测各地质现象，按比例尺绘制于方格纸上。素描时，地质界线的位置、岩层厚度、裂隙长度、破碎带的宽度应作为重点素描内容。这样便得到探槽底面或一壁的地质断面图。

作图时，展开的方法有两种：一种是坡度展开法，即槽底坡度的大小以壁与底的夹角表示。此法的优点是符合实际；缺点是坡度陡而槽长时不美观，各段坡度变化较大时也不易处理。另一种是平行展开法，即壁与底平行展开（图9-6），这是经常被采用的一种方法，它对坡度较陡的探槽更为合适。(www.daowen.com)

图9-6　探槽展视图

1.表土层；2.碎石土；3.含碎石亚黏土；4.含碎石和卵石的砂土；5.重亚砂土；6.细粒云母砂岩；7.白云岩；8.页岩；9.灰岩

展视图应标注图名、比例尺，并分别标明其方向。

（2）试坑（浅井、竖井）展视图。此类铅直坑探工程的展视图，也应先进行形态测量，然后作四壁和坑（井）底的地质素描。其展开的方法也有两种：一种是四壁辐射展开法，即以坑（井）底为平面，将四壁各自向外翻倒投影而成（图9-7），一般适用于作试坑展视图。另一种是四壁平行展开法，即四壁连续平行排列（图9-8）。它避免了四壁辐射展开法因探井较深导致的缺陷，所以较适用于浅井和竖井。缺点是当探井四壁不直立时图中无法表示。

图9-7　用四壁辐射展开法绘制的试坑展视图

1.石灰岩；2.覆盖层；3.软弱夹层

图9-8　用四壁平行展开法绘制的浅井展视图

（3）平硐展视图。平硐在掘进过程中往往需要支护，所以应及时作地质记录。平硐展视图从硐口作起，随开挖面（掌子面）不断推进而分段绘制，直至掘进结束。具体做法是：最先画出硐底的中线，平硐的宽度、高度、长度、方向以及各种地质界线和现象都是以这条中线为准绘出。当中线有弯曲时，应于弯曲处将位于凸出侧之硐壁裂开一叉口，以调整该壁内侧与外侧的长度。如果弯曲较大时，则可分段表示。硐底的坡度用高差曲线表示。该展视图5个硐壁面全面绘出，平行展开（图9-9）。

图9-9　平硐展示图

1.凝灰岩；2.凝灰质页岩；3.灰岩；4.细粒凝灰岩夹层；5.断层；6.节理；7.硐底中线；8.硐底壁分界线；9.岩层分界线

9.2.2.3　地球物理勘探

地球物理勘探简称物探，它是用专门的仪器来探测各种地质体物理场的分布情况，对其数据及绘制的曲线进行分析解释，从而划分地层，判定地质构造、水文地质条件及各种不良地质现象的一种勘探方法。由于地质体具有不同的物理性质（导电性、弹性、磁性、密度、放射性等）和不同的物理状态（含水率、空隙性、固结程度等），它们为利用物探方法研究各种不同的地质体和地质现象提供了物理前提。所探测的地质体各部分之间以及该地质体与周围地质体之间的物理性质和物理状态差异越大，就越能获得比较满意的结果。应用于工程地质勘察中的物探，则称之为工程物探。

物探的优点是设备轻便、效率高；在地面、空中、水上或钻孔中均能探测；易于加大勘探密度、深度和从不同方向铺设勘探线网，构成多方位数据阵，具有立体透视性的特点。但是物探往往受到非探测对象的影响和干扰以及仪器测量精度的局限，其分析解释的结果就显得较为粗略，且具多解性。为了获得较确切的地质成果，在物探工作之后，还常需用勘探工程（钻探和坑探）来验证，以求得正确单一的地质结论。

目前世界各国水利水电工程勘测中普遍应用的工程物探方法有地震勘探、电法勘探与地球物理测井，以及声波探测技术等。

9.2.2.3.1　电法勘探

电法勘探主要有电剖面法、电测深法、自然电场法、充电法、激发极化法和频率电磁测深法等，在水利水电工程勘测中应用比较普遍的是电测深法和电剖面法。

电测深法能了解和确定覆盖层的厚度及基岩风化程度，寻找含水层，查找埋藏不深、规模较大、电性差异明显的地下局部不均匀体，如局部砂层透镜体、古河道和岩溶发育带等。该方法在探测河床覆盖厚度工作中曾积累了大量资料和丰富的实践经验，如1971年在葛洲坝工程前坪覆盖层勘探中有效地圈定了覆盖层深槽，后被钻探验证所证实。

电剖面法应用于覆盖地区的地质填图，探查断层破碎带、古河道，进行岩溶发育情况和基岩面起伏形态调查等。

9.2.2.3.2　地震勘探

地震勘探在水利水电工程勘测中应用普遍，能探测地下不同岩层分界面的埋藏深度，从而了解或确定地层分界和地质构造形迹，用以测定覆盖层厚度、确定基岩埋深、追索构造断裂破碎带，以及研究岩石物理力学性质。对于大、中型水利工程的勘测，在地形地质条件允许的情况下几乎都进行过地震勘探。例如葛洲坝工程进行了大面积的覆盖层勘探，查明了坝区内河床覆盖层的厚度，在三江上游测定的围堰剖面，后来被工程开挖证实基岩面高程与地震勘探结果完全吻合。

图9-10为潘家口水库用地震浅层折射法探测F7断层成果图。

9.2.2.3.3　声波探测

目前主要是进行波速的测定，使用很普遍，近年来在大多数大中型水利水电勘测中都进行了现场测试，取得了丰富的资料，并在对岩体进行工程地质及岩石力学研究和评价中得到广泛应用。目前声波探测技术主要用来解决下述问题：①岩体工程地质分类；②地下硐室围岩应力松弛范围的确定；③判定小构造的情况；④确定地质体的地质参数，如岩体裂隙系数、完整性系数、各向异性系数及反映风化程度的风化系数等；⑤测定岩石或岩体的物理力学参数，如弹性模量、泊松比、单轴抗压强度等；⑥混凝土灌浆效果的检查。

图9-10　潘家口水库用地震浅层折射法探测F7断层成果图

9.2.2.3.4　地球物理测井

地球物理测井是在钻孔完成之后，借助专门的仪器和设备，运用各种探头在孔内分别进行一系列的物理探测，所以又称为井中物探。近年来由于工程的需要，新技术不断被引入，测井方法越来越丰富，所解决的地质问题越来越多，已成为水利水电勘测中必不可少的重要手段。

一般运用测井方法解决的问题有：①区分岩性，划分钻孔柱状剖面；②确定含水层的位置、厚度以及有关水文地质参数；③确定岩石的物理参数，如电阻率、弹性波速、密度等；④研究井壁以及井内技术情况，其中包括探测裂隙、溶洞、测量井径、井斜、井温等。

9.2.2.3.5　地球物理层析成像技术（CT）

层析成像技术通过对弹性波穿透与无线电波透视资料进行CT处理，用于确定速度异常，研究弹性波速场的变化。在无线电波透视中，层析成像可用于研究地层对电磁波的吸收，也可用于研究电磁波速度场。例如，在长江三峡工程船闸高边坡区，应用地震波和电磁波层析成像技术进行工程地质特性研究；天生桥二级和思林水电站利用电磁波层析技术，对引水洞壁岩溶进行研究；小浪底工程隧洞和地下厂房区利用地震波层析技术进行工程地质特性的研究等，均取得较好效果。