來(lái)源于《中國(guó)地質(zhì)調(diào)查成果快訊》

摘要：采用多系列、多屬性組合的地球物理探測(cè)技術(shù)，融合新方法與以往資料重新處理綜合解譯的成果，重新厘定成都市主要隱伏斷裂的空間分布。摸索出西南紅層區(qū)城市地下富膏鹽地層探測(cè)的有效方法�？朔�城市強(qiáng)干擾、施工場(chǎng)地受限等工況條件，以成都市錦城廣場(chǎng)三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)精細(xì)探測(cè)為實(shí)踐案例，形成一套城市淺層三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)精細(xì)探測(cè)技術(shù)，初步形成成都市地下空間結(jié)構(gòu)地球物理組合探測(cè)技術(shù)方案。

1.項(xiàng)目概況

“成都市城市地下空間地球物理組合探測(cè)技術(shù)”子項(xiàng)目，歸屬于“城市地質(zhì)調(diào)查”工程下設(shè)的“成都多要素城市地質(zhì)調(diào)查”項(xiàng)目，由中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局成都地質(zhì)調(diào)查中心承擔(dān)。工作周期為2018—2020年。主要目標(biāo)任務(wù)是開展成都市城市地球物理組合探測(cè)技術(shù)研究，針對(duì)成都市不同工況、不同地質(zhì)條件，利用不同的精細(xì)地球物理組合探測(cè)技術(shù)，解決城市隱伏斷裂分布形態(tài)、特殊巖土體埋深及厚度、不同地層巖性的精細(xì)劃分等城市地質(zhì)問(wèn)題，最終形成一套成都市城市地下空間資源地球物理組合探測(cè)技術(shù)體系。

2.成果簡(jiǎn)介

（1）“舊數(shù)新用，新舊互補(bǔ)”，新舊資料結(jié)合精細(xì)厘定成都市區(qū)主要斷裂的刻畫參數(shù)與空間展布。基于最新的處理算法和軟件平臺(tái)，重新解譯前人完成的1∶5萬(wàn)成都市電阻率測(cè)深掃面和淺震剖面數(shù)據(jù)，篩查工作空白區(qū)，補(bǔ)充部署淺震和高密度電法控制剖面，綜合分析新、老資料成果，進(jìn)一步精細(xì)刻畫了穿越成都市中心城區(qū)的浦江-新津-德陽(yáng)斷裂、蘇碼頭斷裂2條主斷裂和4條次級(jí)斷裂的形態(tài)參數(shù)、斷層性質(zhì)及空間延展特征。

（2）探索出西南紅層區(qū)城市地下富膏鹽地層探測(cè)的有效方法。以在建的天府國(guó)際生物城2km2為典型探測(cè)試驗(yàn)區(qū)，在高壓電線、施工場(chǎng)地等強(qiáng)干擾條件下，開展高密度電阻率法、微動(dòng)勘探法、三分量諧振勘探、等值反磁通瞬變電磁法等傳統(tǒng)與最新的地球物理勘探工作，并部署2口深度分別為100m、200m驗(yàn)證鉆井。對(duì)比研究表明，高密度電法由于受人為干擾較大，對(duì)含石膏、鈣芒硝膏鹽層的探測(cè)與識(shí)別效果不明顯；微動(dòng)勘探法的視S波速度差異雖然對(duì)劃分膏鹽層具有一定效果，但對(duì)于明晰含膏鹽的砂泥巖互層和膏鹽富集層界面不夠敏感，且分辨率相對(duì)較低；三分量頻率諧振勘探獲取的波阻抗比值差異對(duì)于識(shí)別膏鹽層效果較好，但探測(cè)深度受限（<100m）；等值反磁通瞬變電磁法能夠有效克服高壓電線和施工場(chǎng)地的干擾，快速完成對(duì)研究區(qū)的掃面探測(cè)，可以比較準(zhǔn)確地界定膏鹽泥巖的空間分布形態(tài)，探測(cè)結(jié)果與鉆孔揭示的70~120m含多層薄層狀石膏、鈣芒硝的砂泥巖，120~200m為膏鹽富集層的結(jié)果比較吻合（圖1）。

圖1 天府新區(qū)國(guó)際生物城膏鹽層三維空間分布圖

（3）形成一套城市典型示范區(qū)淺層三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)精細(xì)化探測(cè)技術(shù)。以亞洲最大單體建筑成都市環(huán)球中心和錦城廣場(chǎng)為典型示范區(qū)，開展了城市復(fù)雜工況條件下三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)精細(xì)探測(cè)，測(cè)區(qū)面積約5km2，包含水域、大型商場(chǎng)、大型地下車庫(kù)、政府辦公區(qū)、居民小區(qū)、地鐵、高速公路、大型施工場(chǎng)地等幾乎所有的城市元素（圖2-a），建筑密集，施工條件極其復(fù)雜，協(xié)調(diào)工作量大、數(shù)據(jù)采集極其困難。為滿足探測(cè)精度要求，經(jīng)過(guò)對(duì)多種地球物理探測(cè)方法的適用性和分辨率等進(jìn)行深入比較論證后，推薦以三維淺震勘探為主、三分量共振成像為輔的組合探測(cè)技術(shù)為優(yōu)選探測(cè)方案。建立政府支持，依法組織，科學(xué)聯(lián)動(dòng)的野外工作機(jī)制，解決現(xiàn)場(chǎng)施工協(xié)調(diào)困難；采用交警協(xié)助、夜間施工的方式降低噪聲干擾。三維淺震數(shù)據(jù)采集為滿足各種工況需求，激發(fā)方式采用可控震源與電火花相結(jié)合，接收方式則采用抗干擾強(qiáng)、便攜的三角尾椎和尖椎無(wú)纜節(jié)點(diǎn)儀（圖3）；同時(shí)采用GPS室內(nèi)覆蓋技術(shù)克服了地下停車場(chǎng)接收盲區(qū)的問(wèn)題。最終獲取了質(zhì)量良好的全三維數(shù)據(jù)，目前已完成反演的三分量共振成果（圖2-b），基本滿足了探測(cè)精度要求。結(jié)合近兩年城市地球物理探測(cè)試驗(yàn)成果，形成了一套“便攜式震源為主、電火花震源為輔的寬頻激發(fā)+無(wú)纜節(jié)點(diǎn)儀綠色寬頻接收+三維高密度、多波場(chǎng)觀測(cè)+高精度淺震資料處理+折射層析、反射、三分量共振、鉆孔資料多信息融合解譯”的城市淺層三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)精細(xì)化探測(cè)技術(shù)，即可控震源和三角尾椎無(wú)纜節(jié)點(diǎn)儀用于硬化路面工況，電火花及尖椎無(wú)纜節(jié)點(diǎn)儀用于草坪、軟質(zhì)泥地或水域等工況，采用接收點(diǎn)距2m，激發(fā)點(diǎn)距4m，最大偏移距500m，最小偏移距1m，中間對(duì)稱接收，128次覆蓋的高密度觀測(cè)系統(tǒng)，同時(shí)獲取反射波、折射波、面波三種地震波信息，應(yīng)用針對(duì)性的去噪、層析靜校正等處理技術(shù)提高分辨率，綜合利用了反射波、折射波、三分量共振、鉆井錄井等多種信息綜合解釋，解決地震勘探多解性問(wèn)題，最終獲取精細(xì)、準(zhǔn)確、可靠的綜合地質(zhì)解譯成果。

圖2 成都市錦城廣場(chǎng)施工工況（a）及三分量共振成果圖（b）

圖3 成都市錦城廣場(chǎng)三維淺層地震勘探無(wú)纜節(jié)點(diǎn)儀布設(shè)

（4）創(chuàng)新采用一圖一表的成果表達(dá)方式，初步形成了成都市多元地質(zhì)條件、復(fù)雜工況下條件下0~200m地下空間地球物理組合探測(cè)技術(shù)方案。按照施工難易程度及干擾強(qiáng)度等因素，可將城市工況分為建筑密集區(qū)、在建區(qū)和建筑稀疏區(qū)3種；依據(jù)地質(zhì)條件可把成都市分為平原區(qū)+第四系厚覆蓋區(qū)+隱伏斷裂發(fā)育區(qū)、臺(tái)地區(qū)+膏鹽發(fā)育區(qū)、丘陵區(qū)+第四系覆蓋薄區(qū)、低山區(qū)+地層陡傾+斷裂發(fā)育區(qū)、寬谷中丘區(qū)+第四系覆蓋簿區(qū)、垃圾填埋區(qū)或水域區(qū)以及典型示范區(qū)七類。綜合工況與地質(zhì)條件，明確了成都市地下空間0~200m地球物理探測(cè)工作的工況、地質(zhì)條件組合分區(qū)圖（圖4）。結(jié)合各類地球物理探測(cè)方法的適用性及33個(gè)典型示范點(diǎn)的研究成果，梳理出成都市地下空間地球物理組合探測(cè)技術(shù)，制定出成都市0~200m地下空間結(jié)構(gòu)地球物理組合探測(cè)技術(shù)指導(dǎo)方案（表1），采用圖表結(jié)合、清晰表達(dá)的方式，推廣應(yīng)用到成都市域內(nèi)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)地球物理探測(cè)中。

圖4 成都市不同工況、不同地質(zhì)條件分區(qū)圖

表1 成都市不同工況、不同地質(zhì)條件下最優(yōu)探測(cè)方法組合表

3.成果意義

（1）通過(guò)對(duì)不良地質(zhì)體的探測(cè)研究，發(fā)現(xiàn)可通過(guò)有效的地球物理探測(cè)技術(shù)查明城市0~200m深度范圍內(nèi)膏鹽層等不良地質(zhì)體的空間分布形態(tài)，為地下空間的規(guī)劃設(shè)計(jì)、評(píng)估不良地質(zhì)體的危害程度、減少開發(fā)成本提供科學(xué)的參考依據(jù)。

（2）融合新、老資料重新厘定的成都市主要隱伏斷裂的空間分布，可為城市地震安全評(píng)價(jià)、抗震防災(zāi)規(guī)劃、地面地下工程選址、地下空間利用規(guī)劃等提供重要的評(píng)判依據(jù)。

（3）錦城廣場(chǎng)開展的精細(xì)化三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)探測(cè)，幾乎遇到了開展城市探測(cè)能遇到的所有困難，最終通過(guò)建立科學(xué)的工作機(jī)制、采用適當(dāng)有效的精細(xì)化組合探測(cè)技術(shù)圓滿完成探測(cè)任務(wù)，其成功經(jīng)驗(yàn)具有重要的引領(lǐng)示范作用，為全國(guó)城市開展大面積典型示范區(qū)精細(xì)化三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)探測(cè)提供了重要參考。

（4）針對(duì)具有砂巖、泥巖、砂泥巖互層結(jié)構(gòu)特征的紅層地區(qū)開展的地下空間資源探測(cè)研究，引進(jìn)了當(dāng)前國(guó)內(nèi)外最新的城市地球物理勘探技術(shù)，采用新、老技術(shù)結(jié)合的方式，取長(zhǎng)補(bǔ)短，最終形成的成都市不同工況、不同地質(zhì)條件的地球物理組合探測(cè)技術(shù)，對(duì)我國(guó)紅層地區(qū)或是具有類似地層結(jié)構(gòu)特征的城市開展地下空間資源探測(cè)，具有良好的借鑒意義；同時(shí)創(chuàng)新一圖一表的表達(dá)方式，更利于推廣使用。

（中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局成都地質(zhì)調(diào)查中心 李華 張偉 韓浩東供稿）