來源于《中國地質調查成果快訊》

摘要：針對南昌城市地區(qū)人類活動強烈、干擾因素多的特點，探索適合探測南昌城市地區(qū)地下空間地層結構的物探數據采集和數據處理的關鍵技術，形成城市強干擾條件下有效探測富水砂卵礫石層的物探方法組合技術，為快速、精細化識別城市地下空間結構提供技術支撐，對濱湖平原區(qū)城市地下空間探測具有示范意義。

1.項目概況

“南昌多要素城市地質調查”項目，歸屬于“城市地質調查”工程，由中國地質調查局南京地質調查中心承擔。項目周期為2018—2020年。主要目標任務是開展多要素城市地質調查工作，查明南昌市三維地質結構與地下空間開發(fā)條件。南昌市50m以淺的范圍內存在諸多影響地下空間開發(fā)的不良地質體，其中以富水砂卵礫石層對地下空間的開發(fā)制約最為嚴重。本次工作以富水砂卵礫石層為主要探測目標，在昌東高鐵新區(qū)典型剖面上開展了高密度電阻率法、微動測量、視電阻率測深、瞬變電磁法和電磁CT法等13種物探方法的試驗研究，初步探索形成了城市強干擾地區(qū)地下空間精細探測的物探方法組合技術。

2.成果簡介

（1）探索形成城市強干擾地區(qū)的物探數據采集與處理技術。城市地區(qū)地表狀態(tài)復雜、地物分布密集、人類活動頻繁，電磁、振動、地下空間等導致的各種物性干擾嚴重，本次對不同物探方法從設備選擇、數據采集和數據處理等多個環(huán)節(jié)開展了抗噪、降噪的試驗研究，取得較好成效。一是在野外數據采集方面進行了探索和改進。如在淺層地震施工時，對比了不同震源的激發(fā)效果，自制了60kg落錘震源，確保了激震頻率；在不具備圓形臺陣、三角形等規(guī)則臺陣布設條件的市區(qū)，智能微動測量采用直線型臺陣布設方法，沿著馬路邊按照10m間隔進行站點布設；采用了特定石膏電極、自制“膠囊”形銅制井中電極、不等距布極、提高供電電流和夜間施工等措施提高了電法數據采集質量；充分利用地表與地下構筑物（鉆孔、巷道）等進行井中直流電阻率工作布置，實現了研究區(qū)高密度數據的覆蓋（圖1）。二是創(chuàng)新采用了新的數據處理方法，提高了物探成果的解譯精度。如在運用智能微動方法對工作區(qū)富水砂卵礫石層進行探測時，采用了多時窗綜合處理的方法，解決了常規(guī)H/V曲線中富水砂卵礫石層的響應強度弱、分辨率低的缺陷，使得目標地層得到了很好的刻畫（圖2）；研發(fā)了直流電阻法的漸進反演方案，提高了反演的穩(wěn)定性，實現了黏土（10~60Ω·m）、砂卵石層（30~80Ω·m）、紅層軟巖（100~3000Ω·m）的分層，對弱電阻率異常的砂卵石層精細探測具有較好效果。

圖1 物探野外施工圖片

圖2 鉆孔剖面圖與H/V深度剖面對比圖

a—常規(guī)H/V深度域剖面；b—特殊處理H/V深度域剖面

（2）初步探索形成了城市區(qū)富水砂卵礫石層的精細探測物探方法組合技術。優(yōu)選了智能微動、高密度電阻率法、瞬變電磁、探地雷達和瞬態(tài)面波等5種物探方法并結合鉆探、測井等手段開展了試驗研究，對比結果顯示智能微動測量+瞬變電磁法為有效的探測富水砂卵礫石層的方法組合。根據砂卵礫層與下伏基巖面彈性波速差異明顯且彈性波波速的穩(wěn)定性較電阻率好的特點，認為微動測量對目標地層底板埋深的推斷較為有效，而砂卵石層與上覆黏土層（粉質黏土層）的電性典型差異較明顯，所以瞬變電磁方法對目標地層的頂板有更好的探測效果。以南昌1號線為例，綜合上述兩種物探方法組合的解譯結果，區(qū)內富水砂卵礫石層推斷頂板埋深為10~13m，底板埋深為25~30m，與測線上5個鉆孔的進行比對顯示推斷頂板埋深與實際界線最大相差2.8m，最小相差1.2m，底板埋深相差0.8~3.0m之間。

（3）初步形成了主要探測層位的物性參數表，建立了研究區(qū)的地質-地球物理模型。南昌市平原區(qū)第四系沉積屬典型的淺覆蓋型緩坡三角洲網狀河沉積，第四系厚度小，表現為典型的河流相“上細下粗”二元結構，巖性結構從上到下具有“填土-黏土（粉質黏土）-砂層-砂卵礫石層-紅層”組合特征。根據前人成果資料及本次多種物探方法的勘探結果分析，黏性土、基巖物性與砂層差異明顯，而砂層和砂卵石層物性差異不大，且富水性均較強，可視為同一物性層，據此建立了工作區(qū)的地球物理模型，可分為填土層、黏土層、富水砂卵礫石層、泥質砂巖等4層，并總結形成了4個層位的電阻率、波速、介電常數等多種物性的物性參數表。

3.成果意義

項目探索建立的城市地下空間精細探測物探方法組合技術，可快速、精細化識別南昌市城市地下空間結構，解決了城市工程勘查中兩鉆孔間地層連續(xù)性探測的難題，實現了城市地區(qū)高效無損調查與探測，對濱湖平原區(qū)城市地下空間探測具有示范意義，有效支撐了自然資源部城市地下空間探測評價工程技術創(chuàng)新中心建設。

（中國地質調查局南京地質調查中心 田福金 賈軍元供稿）