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地下水勘查技术是合理开发利用地下水源的重要保障，其主要方法包括遥感、地球物理勘探等。20世纪50—60年代地球物理方法已被应用于地下水勘查领域，方法以直流电测深、激发极化法、电测井为主，勘探的目标主要为第四系松散岩类孔隙水，方法成熟简单。70—80年代期间，找水工作开始面向勘查难度较大的基岩裂隙水、岩溶水，相应的物探技术方法也有了新的发展。如音频大地电场法、放射性法、综合测井等方法的应用，取得了明显的效果，并形成有特色的系列找水技术。从90年代至今，由于地下水勘查的内容和范围不断扩大，研究的问题更加深入，更具有针对性，所采用的技术方法以综合物探手段为主，有音频大地电磁法、核磁共振法、浅层高分辨率地震法、高密度电阻率法、瞬变电磁法、遥感、地理信息系统等。随着科学技术的发展，微波遥感凭其全天候、全天时的作业能力及其具有穿透性的优势，为缺水地区地下水研究提供了有利的条件，已在寻找地下水工作中得到了广泛的应用。本节就适宜牧区的几种地下水勘查技术进行介绍。
地下水按赋存介质分为孔隙地下水、裂隙地下水和岩溶地下水3大类。
（1）孔隙地下水概念及其特点。孔隙地下水广泛分布在各种不同成因类型的松散沉积物中。其主要特点是水量空间分布相对均匀，连续性好，一般呈层状分布。主要分布在平原地区、内陆盆地多层结构区、山前地下水深埋带以及黄土地区等。含水层岩性一般为细砂、中砂、中细砂、粗砂等粗颗粒地层，是地下水勘查的主要目标体。我国西北内陆盆地如塔里木盆地、准噶尔盆地、河西走廊山前平原以及滨海等地区均属于孔隙地下水。
（2）孔隙地下水勘查方法选择。孔隙含水体介质结构勘查是指孔隙水赋存的地层岩性与上下地层岩性之间关系、分布范围、含水体地层厚度、埋深等要素的勘查。通常可采用直流电测深法、高密度电阻率法、音频大地电磁测深法等。孔隙含水体富水性勘查是指含水体含水量勘查，通常包括激发极化法、核磁共振法。
（1）裂隙地下水概念及其特点。裂隙地下水是指储存在基岩裂隙空间中的地下水。其空间分布不均匀，分布形式或层状或呈脉状。裂隙地下水按裂隙发育规律分为风化裂隙水、构造裂隙水和成岩裂隙水3种类型。风化裂隙水主要指各种不同岩石长期暴露在地表部分，在温度、水、空气和生物等各种应力作用下，原岩遭到破坏，形成具有密集孔隙的风化层中的地下水。其富水性取决于砂质成分的多少和风化裂隙发育程度，一般在裂隙较为发育的岩层其富水性相对较好。构造裂隙水是指在地壳经过无数次构造运动的外力作用下，不同性质的岩石产生的构造破碎带中的地下水。成岩裂隙水是指岩石在成岩过程中，由于岩石的干缩、固结等内部应力作用所产生裂隙中的地下水。裂隙张开性和连通性较好地段常为地下水富集部位。
（2）裂隙地下水勘查方法选择。裂隙地下水主要存在于基岩山区，工作的难度较大，在熟悉掌握工作区背景条件下，选择高分辨率的遥感数据源进行大比例尺的线性构造遥感解译，结合水文地质调查，确定有找水意义的工作靶区。在遥感解译线性构造的基础上，可根据不同的环境条件，选择音频大地电场法、放射性法等方便、快速、经济的方法确定构造水平位置，然后选择直流电测深法、音频大地电磁测深法、瞬变电磁法、浅层地震法等进行富水性确定。
（1）岩溶地下水概念及其特点。岩溶水赋存在碳酸盐岩的岩石空隙中，其富水性很强。岩溶水的富集程度与岩溶发育程度密切相关。在岩石可溶性较好、地下水径流通畅及交替强烈地段，是岩溶发育强烈也是岩溶水富集地段。
（2）岩溶地下水勘查方法选择。对浅层表生岩溶带地下水可选择地质雷达、高密度法，配合核磁共振或激发极化法可实现精细划分地层结构和富水性的目的。构造性岩溶地下水可参见基岩地下水勘查方法。
目前应用遥感技术寻找地下水主要有两种途径：水文地质遥感信息分析，即从遥感图像中提取地貌、地层岩性、构造、水文等水文地质信息，确定有利的蓄水构造，进而推断地下水富集区；环境遥感信息分析，是从遥感图像上提取与地下水有关的植被、湖泊、水系等环境因素信息，根据这些环境因素对地下水的依存、制约关系，推断地下水的存在与富集状况。
遥感是指从远距离、高空以至外层空间的平台上利用可见光、红外、微波等探测仪器通过摄影或扫描方式对电磁波辐射能量的感应、传输和处理，从而识别地面物体的性质和运动状态的现代化技术系统。
遥感具有多源性、空间宏观性、时间周期性、综合性以及波谱、辐射量化性的特点，既能达到对区域地质及水文地质信息宏观调查的目的，又能微观显示局部富水信息，是地下水勘查工作中很重要的一种手段。
（1）推断地层岩性、构造，指示地下水存在的可能性。通过对获取地表信息的提取与处理，推断地层岩石类型、地层结构和岩性。根据地表形态特征、图像上断层和破裂带特征、地层层理和其他线性特征能指示地下水存在的可能。
（2）测定地表辐射温度，直接或间接探测泉水或浅层地下水。用热红外遥感技术测量地表辐射温度的变化，可用于推断或确定浅层地下水、泉水或溢出带。
（3）测量土壤湿度，探测埋藏型古河道。合成孔径雷达特别是长波雷达敏锐的观测、穿透及其测量土壤湿度的能力，对干旱区地下水勘查及埋藏型古河道的探测具有很大的潜力。
（4）划分植被类型，推断浅层地下水水质。植被的种类与所在区域地下水水质具有密切关系，利用图像上植被类型变化及植被生长状态可推断浅层地下水的存在及水质的好坏。
地下水遥感勘查技术一般包括数据源的选择、地下水遥感影像特征识别、遥感图像的处理以及遥感信息解译等几部分。
（1）遥感数据源的选择。遥感数据源包括多光谱遥感、雷达微波遥感、热红外遥感、卫星高分辨率影像与航空影像等数据。
（2）地下水遥感影像特征识别。遥感图像虽然很难直接探测地下水，但不同波段影像都能从与地下水有关的地表影像特征间接地反映出地下水信息。从地形、地貌、水系的发育特征可以分析地表水与地下水的水力联系；从土壤湿度可以得到浅层地下水信息；根据含水层的埋藏深度可以判断地下水的埋藏深度；通过含水层的岩性分析可推断地下水质；对第四系松散堆积物颗粒粗细分布规律的划分可大致了解地下水的赋存、分布特征；构造的存在往往与地下水有密切关系，断裂破碎带一般具有较好的导水性和较大的储水空间，是寻找地下水的靶区。不同类型植被的分布规律、生长状态能指示地下水的存在及埋藏深度。总之，从可见光到红外、热红外波段以及微波，各波段影像在不同地区、不同地质条件下寻找地下水均有可利用的特性。
（3）遥感图像的处理。图像处理是遥感图像的数值变换，它包括预处理、增强处理和分类处理。
1）预处理。指的是对原始遥感数据的初步处理，目的是标定图像的辐射度量，校正几何畸变以及地理位置配准等。充分反映地物辐射特性的真实性和对地球表面几何位置的准确性，提高遥感技术应用的精度和广度。
2）增强处理。是指采用一系列技术改善图像的视觉效果，提高图像的清晰度，突出与地下水有关的水文地质信息，抑制无用信息，据分析目的对图像数据作进一步的处理，把图像变换成新的形式。一般包括彩色增强、遥感影像信息融合、主成分分析等方法。
3）分类处理。目的是将图像中每个像元根据其在不同波段的光谱亮度、空间结构特征或者其他信息，按照某种规则或算法划分为不同的类别。在图像分类过程中根据人工参与程度，可分为监督分类、非监督分类，以及两者结合的混合分类等。在实际分类中，并不存在单一“正确”的分类形式，选择何种分类方法取决于图像的特征、应用要求及能利用的计算机软硬件环境。
（4）遥感信息解译。地下水遥感解译是以遥感图像作为基础资料，以图像处理技术为辅助手段，运用水文地质理论对水文地质单元及其赋水构造进行解释，以推断其富水程度。遥感解译工作流程图见图3-1。
图 3-1 遥感解译工作流程图
国内外地球物理勘查技术的发展现状表明：信息量大、分辨率高、勘探深度大的电磁法勘查技术是地球物理勘查技术的主要手段，在地下水资源勘查中发挥着重要的作用。常用的勘查方法见表3-1。这些方法从不同的地球物理特性去识别地下地质体，达到解决地质问题的目的。下面主要介绍EH_4、激发极化法与核磁共振法3种地球物理勘查方法。
表 3-1 常用地下水地球物理勘查方法
（1）基本原理。EH_4电导率成像系统是20世纪90年代由美国Geometries和EMI公司联合生产的，属于部分可控源与天然场源相结合的一种音频大地电磁测深系统。观测的基本参数为正交的电场分量和磁场分量。通过频谱分析及一系列运算，求得不同频率的视电阻率值。勘探深度随着频率的变小而增大，反之则减小。因此，通过改变频率可以达到测深的目的。
（2）技术特点。主要优点是巧妙地采用了天然场与人工场相结合的工作方式，由部分可控源补充局部频段信号较弱的天然场，来完成整个工作频段的测量，受场地限制较小，易于开展工作；发射装置轻便，便于野外多次移动，保证发射信号质量；多次叠加采集数据，能有效地压制干扰；时间域观测，频谱丰富，能提供更多的地质信息；实时数据分析，确保观测质量；现场给出连续剖面的拟二维反演结果，结果直观；根据勘探深度选择基本配置或低频配置，勘探深度变化范围大，分辨率高。
（3）适用范围：划分地层结构，了解地下水矿化度分布特征，寻找古（故）河道，查明深埋灰岩界面起伏以及构造裂隙岩溶发育情况，查明构造破碎带空间展布特征。
（1）基本原理。激发极化法（简称激电法）包括直流激电法和交流激电法两种。直流激电法是通过推求视极化率 η s （ T ， f ）得到，即
式中 η s ——视极化率；
T ——供电时间；
Δ U 2 ——二次电位差；
t ——断电时间；
Δ U （ T ）——总电位差。
交流激电法是通过推求交流激电特性参数频散率 P （ f D ， f G ）获得，即
式中 P ——频散率；
f D ——低频频率；
f G ——高频频率；
Δ U f D——低频电位差；
Δ U f G——高频电位差。
在极限条件下： T →∞、 t →0和 f D →0、 f G →∞的情况下，直流激电效应极化率和交流激电效应频散率是完全一样的。
（2）技术特点。
1）观测装置种类多，可根据勘探对象进行选择。受地形起伏和近地表不均体影响相对较小，异常形态简单，易于解释。
2）激电参数和视电阻率参数同时观测，可获得更多的异常信号。
3）易产生电磁耦合效应，小极距、长延时或较低的工作频率以及偶极装置，可减小或压制电磁耦合效应。
4）直流激电法可同时获得极化率、衰减时（或半衰时）以及含水因素等参数，这些参数的大小与地下水的富集程度有直接联系，如衰减时反映静水量（含水量），含水因素反映动水量（出水量）。
（3）适用范围：了解第四系松散结构含水层的富水性，了解灰岩区溶洞或断层破碎带充填物成分，确定基岩构造裂隙富水发育带。
（1）基本原理。氢核是地下水中具有核子顺磁性物质中丰度最高、磁旋比最大的核子。在稳定地磁场 B 0 的作用下，氢核像陀螺一样绕地磁场方向旋进，即产生核磁共振效应。其旋进频率（拉摩尔圆频率 ω 0）与地磁场强度 B 0 和氢核的磁旋比 γ 有关，即
核磁共振找水方法就是通过测量地层水中氢核在拉摩尔频率的交变磁场作用下产生的共振讯号来直接找水。
（2）技术特点。与其他地球物理找水方法相比，核磁共振找水技术主要具有以下优点：①直接找水，判断充填物性质。在有效探测深度范围内，有水就有核磁共振信号反应，反之则没有。不受含水地层与围岩之间电性差异的影响，是一种直接找水技术，进而可识别裂隙、岩溶管道等充填物性质。②可量化含水层信息，能有效地给出含水层的位置、厚度、含水量及平均孔隙度等水文地质参数。③不需接地，受地表电性不均匀体干扰小，适合地表干燥地区使用。