① 淺層地震勘探
不同的岩土層具有不同的波速，利用劃分不同的波速層，可劃分場地土層，進行地基調查。
1.用橫波反射波法劃分場地土層
圖5-2-7是廣州某場地的經六次疊加處理的橫波反射時間剖面圖 廣東省物探隊，1987。廣州地鐵橫波反射波試驗研究報告。
從剖面圖上可看出，存在三個反射界面，四個速度層，第一層波速為340m/s，厚4～5m，第二層波速為227m/s，厚約15m，第三層波速為175m/s，厚6～11m。以上三層波速層與場地土層對應。第四層為基底層，埋深25～31m。與鑽探結果吻合。
圖5-2-7 廣州某場地橫波反射波法調查結果
（據廣東省物探隊，1987）
2.用縱波反射波法調查地基
圖5-2-8是日本某地利用縱波反射波法調查的結果 國外地質勘探技術編輯部，1986。工程與水文物探專輯，國外地質勘探技術，專輯8。
結合離剖面56、108m處的兩個鑽孔的資料分析，其解釋結果如圖5-2-8（b），反映了場地原是一個河谷，後經填土而成。填土層有兩層，在第二層填土層下，原河谷底部有一軟弱土層，基底為第三紀地層。點位40m處，推斷為填土階地。
② 三維地震勘探如何提高淺層覆蓋次數
改變接收器點的布置、優化發射器點的位置、使用多次掃描技術。
1、改變接收器點的布置：增加接收器點的密度和覆蓋范圍，特別是在淺層目標區域周圍。通過增加接收器數量和更密集的布局，可以提高對淺層地質結構的探測能力。
2、優化發射器點的位置：根據目標地層的特徵，合理布置發射器點，尤其是在距離淺層目標較近的區域。確保發射器點的位置能夠最大限度地覆蓋淺層地質結構。
3、使用多次掃描技術：通過在同一區域多次執行測量，可以增加淺層地層的覆蓋次數。可以通過重復進行數據採集，並將數據疊加在一起來實現。多次掃描可以提高數據質量和信噪比，並增加對淺層地層的探測能力。
③ 地震勘探
地震方法是目前我國用於水工環地質調查的主要物探方法。它通過研究人工激發和接收的地震波的運動學和動力學特徵來調查地質問題。地震勘探的方法有近十種，以下僅對主要的方法——反射地震、折射地震、橫波勘查、面波勘查、三維地震予以介紹。
一、反射地震
目前，反射地震是淺層勘查中得到最多應用的地震方法。雖然80年代它才在水工環地質調查中得到應用，但是在90年代初卻已經形成比較完整的淺層反射地震技術系列。
1.資料採集技術的改進
（1）地震共中心點迭加（CMP）的野外資料採集中，需要大量的勞力埋置檢波器。為了提高效率，降低成本，國外研究出了一種陸地檢波器拖纜，使用萬向接頭，可以自動確定方向。在瑞士兩個試驗場地的應用成果說明，該設備在技術上解決了檢波器與大地間的耦合問題，只二、三人作業，即可完成過去10餘人的工作，並且能取得與原來一樣好的效果。
（2）最佳資料觀測時窗的重新提出。1984年Hunter等提出的最佳資料觀測時窗（OWT）技術，要求在選擇炮檢距、高通濾波器、檢波器及震源時，應特別注重主要目標反射波的探測。該技術在促進當時反射地震的發展中起到了重要作用。在反射地震儀器、處理設備及技術均得到長足發展的今天，一些適合淺層地震工作的場地仍可以利用這種簡單的方法來取得很好的淺層地質構造信息（當然，對目前應用OWT的技術背景已作了較大的改進），這樣可以節省一筆可觀的費用。為了引起地震工作者對OWT技術的重視，R.J.Whiteley等最近發表了1985～1986年期間，在評價曼谷周圍地面沉降問題中，OWT所作出的重大貢獻；重溫它在評價世界上許多大城市面臨的地面沉降問題中可以發揮的作用。
2.具有指導意義的震源試驗成果
震源的選擇對取得良好的淺層反射勘查成果非常關鍵。這是一個既重要而又往往被忽視的問題。為了給淺層地震勘查提供可選擇震源的基本資料，多年來美國勘探地球物理學家協會（SEG）等機構相繼組織了用多種震源在不同類型地質條件下的大量現場對比試驗。這類試驗的技術含量高，費用昂貴。專家們根據選擇最佳震源的基本條件對試驗成果作了評價。對今後地震實際工作具有重要指導意義的試驗有：
（1）在1986年新澤西州、1988年加利福尼亞州和1991年休斯敦的試驗中，分別用多種震源做了對比試驗。Richard D Miller等對以上三次試驗成果作了簡單的概括（表20-1）。
表20-11986新澤西州、1988加利福尼亞州和1991年得克薩斯州試驗對比
（2）在前三次試驗成果的基礎上，1993年11月在美國田納西州橡樹林保留地作的震源試驗與前幾次的試驗不同。本次試驗用了脈沖和振動兩類震源，探測目標深度比原來大，在不同的地質環境下試驗。試驗資料提供了125個點的CMP和垂直地震剖面的雜訊測試資料，包括35種振動震源和4種脈沖震源。將頻譜白化法用於資料處理後，IVI Mini-vib震源能提供最佳的圖像，反射波連續、清晰；不用白化法處理，IVI Minivib和Bison彈性震源取得的資料比較一致。
（3）用於高解析度勘查的輕便振動系統。針對淺層工程物探中探地雷達深度達不到，而一般地震方法又覺得太淺的目標，最近推出了一種輕便、高分辨縱波電磁地震波振動系統。只需對系統產生的電磁信號作簡單的調劑，就可以單獨地控制穿透深度和解析度。提供的代表不同地質、場地條件和探測目標的七組試驗成果指出：①在有利條件下，目標埋深為10～30m時，最高解析度可達到20cm；②在城市瀝青環境中，很容易激發出高頻能量；③對埋在松軟土0.5～5m深的很小且離得很近的物體，在頻率大於300Hz的情況下，探測到了明顯的反射同相軸。
3.資料處理及解釋方法研究
（1）將石油反射地震資料處理技術應用到淺震資料時，有許多問題需要研究。國內、外對這些問題做了比較深入探討。如Linus Pasasa等已成功地將基爾霍夫深度偏移預迭加用於從德國一廢物場地採集的淺層地震資料的處理。它簡化了傳統CMP的處理程序，只需對速度-深度模型作出評估和深度偏移預迭加，而不需要區分炮點資料中的反射波和折射波。用該種方法處理的資料在解析度和信/噪比方面有了很大的提高。
（2）採集淺層反射資料時，需要利用高頻率和寬頻帶。但這樣做會給後續工作帶來麻煩，如地滾波的空間假頻；錯誤地將處理後的空氣波及空氣耦合波當做反射波來解釋；在CMP剖面上將折射波解釋為反射波以及處理中帶來的一些人為現象。Don W.Steeples等在淺層地震反射勘探的陷井研究中，對識別、迴避或消除這些干擾作了詳細的研究。
4.儀器發展總趨勢
80年代，發達國家淺層地震儀器的道數只有24道或更少；儀器動態范圍通常為60dB或更小；另外，只能同時對一、二組同相軸成像，只記錄單分量信息，並且通常只能用一種方式分析縱波。目前，儀器有了較大地發展，利用96dB、48道（或更多）地震儀器的大學、研究試驗室和承包商的數量正在一天天地增多。在不久的將來可能利用三分量設備記錄三維信息，並且可以同時分析超過一種地震方式信息。
國內儀器的發展現狀同國外80年代末90年代初基本相同。國內正在開展一種地震儀器的綜合技術服務，意在利用浮點模塊將過去的多種國外及國內生產的定點地震儀作技術升級和功能增強，並將12道儀器擴展為24道。在80～90年代，國內曾引進一批國外的先進儀器；但是至今，96dB及48道的儀器在國內還未得到應用。
5.應用領域拓寬
近年來，反射地震方法的傳統應用領域在不斷擴大，探測的目標也越來越復雜。國內外在探測第四系厚度和基岩起伏、含水層和古河道，斷層、裂隙帶等地下構造，滑坡及落水洞，以及地表沉降等方面已經取得了豐富的經驗。考慮到已有許多關於傳統應用領域的資料可供參考，所以這里只對有代表性的新應用領域作一簡單介紹。
（1）為水資源管理提供資料。美國西雅圖北皮吉特灣內一個小島（特別是沿海地區）的人口迅速增長，水資源的數量和質量成了阻礙這種發展的最重要因素。科學的水資源管理方法取決於預測地下水準確模型的開發。而准確的模型則在很大程度上有賴於對地下水系統的幾何形狀的恰當評價。為了給該島復雜地下水環境的管理模型提供資料，John H.Bradford等利用淺層地震反射剖面對該島溫帶冰川沉積層中的淺部含水層做了調查。用迭代傾斜時差（DMO）速度分析對取得資料的速度結構作了分析，最終得到了一張質量得到很大改善的迭後深度偏移剖面。該試驗說明，即使在復雜環境條件下，也可以利用反射地震為水資源管理提供有用的資料。
（2）潛水面及飽和度與反射圖像之間的關系的應用試驗。精細的研究成果已經指出，潛水面並不是一個簡單的地震界面，而是在非封閉含水層條件下的地下水帶與毛細帶的分界面。為了更好地了解水文地質意義上的潛水面和它的地震圖像之間以及在不同濕度條件下地下界面與排水間的關系，Ram Bachrach等在海岸沙灘上利用高解析度地震作了試驗。試驗結果指出，①可以對2m深左右的淺部潛水層反射面成像；②該反射面與水文地質上確定的潛水面不一致，地震波只對部分飽和也就是說僅對地層中過去的水流敏感；③可以直接利用孔隙沙內的地震速度反演飽和度。以上這些結果對利用淺震監測地下水力學動態很重要。比如在抽水期間如果需要監測潛水面變化時，地震響應將只受飽和帶剖面而不受潛水面本身的控制。這一結論與Birkelo等在一次用高分辨地震監測抽水試驗中的成果一致。在那次試驗中發現潛水位的地震圖像與上層滯水的水位系統及飽和帶頂部相一致。另外，反射地震對飽和帶成像的能力，對確定地下非均勻體的位置也很有用處。
（3）提供研究古氣象的資料。近年來，充填更新世冰川構造的沉積物對研究古氣候已經越來越重要。在較小、封閉、盆狀（或似碗狀）構造中的沉積旋迴能為研究古氣候的變化提供有用的資料。1996年在德國北部Tostedt附近的這類構造上做了二維高解析度淺層反射地震勘查。Tostedt構造內，30、40和50m深度的反射波與魏克塞爾冰期的三組間冰段之間的相關性很好，由弱反射波確定了該構造的底部（最大深度為70m）。發現Tosedt構造被埋在一個比它大許多、從前未預計到的具有相同形狀的凹陷內。高振幅反射波確定了該凹陷的底部邊界（深130m）。反射地震勘查資料確定了兩個似碗狀構造完整的冰川成因。
二、折射地震
折射地震是最早用於水工環地質調查的地震方法。由於野外施工需要大排列和強震源以及自身的靈敏度和解析度不高等技術缺點，其應用的主導地位已逐漸被反射地震法取代。目前，對傳統方法的改革和創新雖然不十分活躍，但也有了一些起色。折射地震仍不失為一種主要的物探方法（特別是在工程地質領域）。
（1）傳統應用領域包括重大項目選址（調查第四系厚度、基岩起伏、地下構造、岩土力學參數及岩性結構等），探測地下水位，為反射地震的靜校正提供速度等。
（2）在某些特殊地質條件下的新應用。當前，水工環地質的一些調查中，需要了解一二十米范圍內目標的准確深度和幾何形狀。但是，在這樣的深度內，①電法的解析度一般達不到要求；②如果場地內存在良性導電材料，因雷達波的能量被大量吸收，使探地雷達的穿透能力達不到應有的深度；③當場地材料對反射地震高頻信號具有強散射和滯彈性影響時，反射法賴以對目標准確成像的高頻能量被大量吸收；再則，在10～15m目標反射波的時間（50ms）內，振源產生的噪音將構成對反射波的嚴重干擾；這樣將使反射法的應用受到嚴格的限制。在上述情況下，折射地震能提供比其它物探方法解析度更高的資料。已將折射地震用於瑞士北部這類與處置場地有關的調查，並且取得了良好的效果。
（3）與其他地震方法組合應用。折射方法的優點是能提供較准確的地震波速度資料，但是不能提供地質構造的准確信息；而反射地震則能提供地質構造的詳細信息。在目前的淺層調查中，出現一種將折射地震和反射地震結合起來使用的趨勢。比如，雖然100～150ms是淺層的重點探測目標，但迭加的反射資料卻往往在這段時間內得不到良好的效果；而由折射炮點道集中的波場推出的速度模型卻能提供淺層構造的地層橫向變化信息。這些速度模型可用於：①在不能可靠描繪反射波雙曲線為迭加處理提供速度資料時，提供迭加所需的速度；②炮檢距不大使反射雙曲線的正常時差校正量較小時，提供層速度資料。已將從得克薩斯和新墨西哥州採集的淺層反射資料用折射模型提供的速度處理，處理後的資料及其解釋成果的質量得到了提高。
（4）一種解決折射地震盲區的新方法的應用。折射地震探查中的盲區問題一直困擾著地震工作者。歷史上有不少的學者曾提出過一些解決辦法，但這些方法在實際應用中都要受到一定的限制。結合一個金礦折射地震勘查中遇到的盲區問題，在Redprit提出的確定盲區最大厚度的基礎上，地震工作者利用常規時距曲線的解釋厚度和最大盲區厚度的差來表示盲層之上的尾礦的真實厚度。該成果資料與場地鑽孔資料取得了一致。
三、橫波反射法
橫波是一種質點振動與波傳播方向垂直的地震波。在橫波勘查中，一般利用方向性振源激發地震波。在國外雖然有一些關於利用反射橫波勘查的報導，但由於實際工作中很難將反射波從樂夫波（一種面波，在地震記錄上的到達時間與橫波相同）中分離出來，這成了反射橫波法發展的致命弱點。不過，Bradiey J.Carr等人的新見解或許能給橫波應用帶來希望。他們在冰磧物的橫波研究實例中，利用單個振電雷管激發出可供地震儀檢測的橫波；並且在地震記錄中能將橫波從面波中辨認出來。通過同一測線縱、橫波實測資料的對比，發現橫波CDP資料的垂直解析度為1.5m，橫波垂直剖面法（VSP）的解析度為0.75m；即使這樣，橫波CDP的垂直解析度也比縱波的（2.6m）高。他們得出結論，橫波反射不但可用於非固結地質材料的調查，而且還能提供與場地冰磧物單元有關的構造關系的信息。
四、瑞利波勘查
瑞利波是沿地面傳播的地震波，是面波中的一種。利用瑞利波勘查只有十多年的歷史。瑞利波勘查方法可分為穩態法和瞬態法兩種。美國最先提出瞬態模式的瑞利波勘查，但是未付諸實施。日本提出了穩態模式勘查，並與中國分頭研製成功穩態儀器並付諸實施。在穩態瑞利波的研究方面，中國發展了多道儀器和井下防爆儀器，使瑞利波勘查在獨頭巷道的超前勘查中發揮了重要作用。通過理論和試驗兩方面的研究，在資料採集、處理和解釋方面都取得了顯著進展。這些進展包括：發現「拐點」和「之字型」異常為D-Vr曲線上地層界面的兩種基本異常形態；根據單條曲線的形態，可以確定洞穴、裂隙、松軟等地質異常的基本類型；獲得了深達一二百米以上的實測資料。穩態瑞利波法已經成功地應用到許多大中小工程項目之中，解決了一些復雜的工程地質問題。在勘探深度、解釋精度和空洞判斷准確率方面都達到了較高水平。
瞬態瑞利波法是一種近年來才用於實際勘查的比較新的物探方法。它用人工震源產生所需頻率范圍的瞬態激勵，通過測量不同頻率瑞利波的傳播速度來探測不同深度（幾十米以內）的岩土介質性質，進而推測岩石分層、斷層、岩溶、洞穴等。該方法具有設備輕便、施工靈活、資料直觀、精度高、受干擾小等特點。目前，在地基覆蓋層、防空洞、路面厚度、煤礦井下掘進超前、巷底層間距、頂煤厚度及巷道的探測中，均取得了較好的地質效果，證明了瞬態瑞利波法具有較高的實用價值和良好的應用前景。
在瑞利波勘查的研究中，李錦飛（1998）提出了多分量瑞利波勘查的技術思想和方法，並研製成功專用防爆型多分量瑞利波勘探儀器。通過用極化分析方法對瑞利波記錄的多分量信號的研究，提出了用極化濾波提取有效瑞利波的方法，該方法在煤礦井下以及地面實際應用表明，與單分量法比較，多分量瑞利波勘查在信噪比、穿透深度和可靠性方面都有一定的提高，具有一定的發展遠景。
五、三維（3D）地震勘探
過去十年中，淺層高解析度地震已逐漸成為淺層勘查的重要工具。雖然單獨利用2D資料也可以對簡單連續地質特徵填圖，但是提供復雜反射體的大小和形狀就比較困難。從近年國外推出的3D地震勘探的實例可以看到，3D資料具有這方面能力。但是，由於資料採集和處理比較困難以及費用昂貴等原因，3D地震還沒能得到較多的應用。從目前國外對淺層地質調查不斷增長的勢頭以及3D技術本身的實力來看，筆者認為在我國推廣3D地震也只是時日的問題。為此，將有關的主要技術簡介於下。
（1）在規劃3D地震勘探時，要准確定義勘查的主要目標。預計目標的最大和最小深度，橫向范圍要求的空間解析度，探測淺、深部特徵所需的最少迭加次數；最淺目標成圖所需的炮-檢距，淺、深部反射速度可靠分析所需的最大偏移距和方位角范圍；盡力收集目標區的地質及以往的地震資料（如最佳震源能量和頻率，檢波器的大地耦合特徵等）。
（2）因為三維地震的復雜性及採集資料的數量巨大，所以不管其勘探規模如何，事前均需做以計算機為基礎的設計。三維勘查的幾何結構模擬使分配關鍵參數（如迭加次數，最大最小偏移、在單個CMP面積元內分配方位角和偏移距等）成為可能。
（3）根據設計的要求確定勘查參數。Frank Buker等在3D地震試驗中選擇勘查參數的方法（勘查的目標深度都在50m以內）可供參考（表20-2）。
表20-23D地震勘查資料採集參數的比較
（4）資料採集方式。三維地震資料的採集方式根據對實施項目的估計來設計，一般包括互相平行的數條接受測線，檢波器道數及間隔和線距根據估算確定；另外，需布置與接收線垂直，並互相平行的震源線。然後利用設置的檢波器網接收每一震源的信號。為了使大多數的CMP面積元內有較多的小偏移距的紀錄道，並能夠對極淺（小於50ms）地層做可靠地成像和確定均方根速度，Frank等在最近試驗中，在上述主采方式的基礎上，又布置了第二採集方式予以補充。
（5）資料解釋。目前的解釋還未擺脫二維資料解釋的局限，存在著以下一些不足。比如在解釋中，雖然引進了人機聯作交互技術，但以系列密集垂直剖面和水平等時切片聯合解釋為基礎的工作方法不能克服在斷層組合上存在的多解性以及難於確定一些特殊異常體的位置等缺點。為此，煤科總院西安分院的程建遠等結合煤礦三維資料解釋的實際，從三維資料體積解釋思路出發，提出了一種三維資料振幅切片解釋的新技術。該技術可用於任意走向斷層的解釋，還可以用於一些特殊地質體直觀、快速解釋，空間解析度較好。利用人機聯作技術可以方便地勾繪to平均圖，等高線和等厚線圖。在三維振幅切片的提純處理上，可引入航衛片圖像的空間濾波和圖像增強處理技術，用於獲得更高的信噪比和空間解析度。