地球物理勘探（简称物探）是用物理方法找水、找矿的一种重要的地质勘探手段。它是以地下岩（矿）石间存在物理性质差异为基础，用物探仪器观测天然或人工物理场的分布，用以研究地质构造，寻找地下水源和矿产，以及解决其他地质问题的一门学科。不同的岩（矿）石具有不同的物理性质，例如磁铁矿具有很强的磁性，金属硫化物矿具有明显的良导电性和电化学活动性，各类岩（矿）石间都存在密度差异等。这些物理性质的差异能引起天然物理场（如磁场、电场等）或人工物理场的分布差别（称为物探“异常”）。用物探仪器测得异常，并研究物探异常与被探测对象间的内在联系，从而能解决一系列找水和地质问题。
由于岩（矿）石物理性质的多样性，用于地质研究的物探方法很多。根据岩（矿）石的物理性质，可对物探方法进行分类。主要水文物探方法的分类与应用见下表。
主要水文物探方法的分类与应用简表
续表
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对表中几种主要水文物探方法的实质解释如下。
（一）电法
电法勘探在水文工程地质调查中应用广泛，效果良好。电法勘探是利用岩（矿）石间电学性质的差异，观测和研究人工或天然电磁场的空间和时间分布规律，进行找水、找矿、解决其他地质问题的一类物探方法。岩（矿）石的电学性质主要有导电性（电阻率ρ）、电化学活动性（激发极化特性和自然电位跃变）、介电常数（ε）和导磁性（磁导率μ）。电法具有利用的物性参数多、场源和装置形式多、观测要素多以及应用范围宽等特点。针对不同的地质任务，为适应不同地质条件，电法勘探形成了许多分支和变种。
（二）地震法
地震勘探是以岩石间的弹性差异为基础，分析地震波在岩石中的传播规律，用以查明地质构造和解决水文工程地质问题的一种物探方法。地震波由震源点出发向下传播过程中，遇到有波阻抗差的分界面时产生反射和折射，并传播到地面。用地震仪按时间序列记录返回地面接收点的地震波，用计算机计算弹性波在地层中传播的速度，计算岩层的产状和埋深，并推断地质结构。地震勘探在水文工程地质勘查中，主要用来研究地质剖面和构造，确定含水层的分布和岩土物理力学性质等地质问题。地震勘探广泛用于寻找油、气和煤田构造。
（三）放射性法
放射性探测是基于岩（矿）石的天然和人工放射性强度，来寻找有用矿产、找水、研究其他地质问题。岩（矿）石或多或少地含有微量的天然放射性元素；岩石中的放射性元素在不同的物理化学条件下经地下水的长期作用，将发生迁移和富集；不同地质体在人工放射线照射下的反应也不同。这些都为放射性测量寻找有用矿产、探测地下水源以及研究其他地质问题提供了物理前提。
（四）地热法
地热能由地球内部源源不断地向地表传导，形成天然地热场。地热探测法以岩石热传导性质的差异为基础，通过测量并研究天然热场的分布规律，来推断地质构造和解决水文地质问题。岩石中温度异常的形成取决于岩石的温度特性和构造，并在很大程度上与地下水的运移特性有关。充满于空隙和裂隙中运动着的地下水，能加速地热能的对流和迁移，从而形成热异常，地温测量是一种有效的水文地质调查方法。
（五）磁法
自然界岩石和矿石常常具有不同的磁性，使得电磁场在局部地区产生变化，出现磁异常。利用磁法勘探，发现并研究磁异常，可以寻找有用矿产、推断地质构造。磁法勘探可以追索圈定赋水花岗岩风化裂隙带和断层破碎带。微磁测量可以寻找挡水岩脉，圈定火成岩体强风化壳的分布范围。磁法勘探主要用来预测与区域水文工程地质有关的地质构造和深部断裂。
（六）重力法
重力勘探是以岩（矿）石的密度差异为前提，用高精度重力仪测量地面的重力异常，来调查地质构造和矿产分布。局部地质体的密度与围岩有差异时，重力分布与区域正常重力分布产生偏差，它与地壳上层构造和有用矿产有关。重力勘探可用于寻找金属矿产、预测油气及煤田构造、寻找地热与地下水。在有利的条件下，高精度重力测量可以推测溶洞的位置。重力勘探主要用来预测与区域水文工程地质有关的地质构造和深部断裂。
（七）遥感法
遥感技术属于特高频电磁法，以摄像方式为主，目前主要应用航空照片（简称航片）和卫星图片（简称卫片）进行判释，信息量丰富、视域广阔、效率较高。它对水系分布反映清晰，对地貌反映清楚，对岩脉和破碎带都有清晰的反映。因此，遥感方法适用于圈定山前冲洪积扇并分析河网与古河床的范围，以及划定裂隙位置，便于寻找裂隙水。
按照不同测量空间，物探分为地面物探、地下物探、航空物探等。地下物探主要在钻孔和坑道中观测。在钻孔中进行的各种物探测量总称为地球物理测井，其主要任务是研究井壁周围岩层的状态和性质，划分钻孔地质剖面和了解地下水的活动规律。