近年来,随着工程建设面临的地形、地质条件和工作环境的愈加复杂,对地球物理探测的精度要求越来越高。如:1、在TBM机施工的复杂隧道环境下对施工区间的充水断层、破碎带、孤立含水体等不良地质情况的勘查;2、在地铁盾构机施工的复杂探测环境下对施工区间的孤石不良地质体的精细勘查;3、在济南复杂城区环境下对趵突泉、黑虎泉地下水力联系通道的精细探测。本文分别针对这三种特殊探测环境展开讨论。分析了TBM机对电性源激发的电磁场各个分量的影响,研究了电磁场各分量在空间上的分布特征,并从场的分布、单点衰减曲线等多个方面说明了采用基于电性源激发、观测电场Ex分量的装置形式可以不受TBM机的干扰。对场源不同分布装置的瞬变电磁场进行了讨论,为了证明多源瞬变电磁装置能够有效地提高探测信号的信噪比、分辨率和探测深度,设计了TBM机施工的隧道模型,掌子面前方含有孤立含水体的模型。采用时域有限元方法对模型进行瞬变电磁三维正演计算,分析了单源和多源装置所激发的瞬变电磁场的不同特征,分别从单点的衰减曲线、相对异常、场的分布规律及视电阻率断面图等多方面分析了不同布设方式辐射源所激发的瞬变电磁场的不同特征。与此同时,为了实现对小规模溶洞更精确的电磁测深及定位,又探索出了一种基于TBM机的复杂探测环境下对孤立小规模溶洞不良地质体的探测方法。在掌子面中心点向隧道施工方向打一个钻孔,将电性源放入孔中进行激发,在掌子面上进行阵列式数据采集,通过源的移动进行电磁测深,通过对掌子面上电磁场的分布规律进行研究来确定不良地质体的平面位置,以此完成对小规模溶洞不良地质体的精确探查。但是由于在TBM隧道中打钻较为困难,施工难度较大,成本较高,所以这种探测方法不宜应用于TBM隧道中的超前预报。所以针对TBM隧道超前预报,通过采集电性源电场分量的方法避免TBM机的干扰,以此解决TBM施工条件下瞬变电磁隧道超前预报的难题。设计了盾构机施工的隧道模型,掌子面前方含有孤石的模型。采用时域有限元方法对模型进行瞬变电磁三维正演计算,分析了单源和多源装置所激发的瞬变电磁场的不同特征,分别从单点的衰减曲线、相对异常、场的分布规律及视电阻率断面图等多方面分析不同布设方式的辐射源所激发的瞬变电磁场的不同特征。与此同时,为了对小规模孤石实现更精确的电磁测深及定位,又探索了一种基于盾构机的复杂探测环境下对孤立小规模孤石不良地质体的探测方法。在掌子面中心点向隧道施工方向打一个钻孔,将电性源放入孔中进行激发,在掌子面上进行阵列式数据采集,通过源的移动进行电磁测深,通过对掌子面上电磁场分布规律的研究来确定不良地质体的平面位置。针对地铁盾构隧道超前预报,对于高阻的孤石不良地质体,采用在掌子进行电性源激发,同时采集Ex的装置形式,其相对异常较弱,不适用于地铁盾构隧道中对孤石不良地质体的超前预报。而孔中电性源激发的装置,Ex和Ey对于高阻状态下的孤石不良地质体的分辨能力很强,这说明在基于盾构机的复杂探测环境下,通过采集这种装置形式的电场水平分量可以有效解决对小规模孤石不良地质体精细探查的问题。针对复杂的城市探测环境,本文对趵突泉、黑虎泉地下水力联系通道的精细探查需求探索了一种新的探测方法,即采用电性源地空瞬变电磁装置对济南市地下水力联系进行勘查,该方法可以根据实地情况在地面灵活寻找花坛等接地较好的区域布置发射源,采用无人机搭载接收装置在空中进行三维数据采集,这种方法可以在不影响市民正常生活的前提下完成对水力联系通道的探查。首先以地质构造图和地下水系统理论为基础,构建了泉域附近的三维地质模型,然后采用矢量有限元方法对模型进行瞬变电磁三维正演模拟,并取得了较为可靠的结果,这也为济南市地下水力联系的探测工作提供了一种有效的手段,同时在济南市修建地铁的过程中,为有效地保护泉水通道提供了一定的指导意义。