來源于《中國(guó)地質(zhì)調(diào)查成果快訊》

摘要：針對(duì)南昌城市地區(qū)人類活動(dòng)強(qiáng)烈、干擾因素多的特點(diǎn)，探索適合探測(cè)南昌城市地區(qū)地下空間地層結(jié)構(gòu)的物探數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理的關(guān)鍵技術(shù)，形成城市強(qiáng)干擾條件下有效探測(cè)富水砂卵礫石層的物探方法組合技術(shù)，為快速、精細(xì)化識(shí)別城市地下空間結(jié)構(gòu)提供技術(shù)支撐，對(duì)濱湖平原區(qū)城市地下空間探測(cè)具有示范意義。

1.項(xiàng)目概況

“南昌多要素城市地質(zhì)調(diào)查”項(xiàng)目，歸屬于“城市地質(zhì)調(diào)查”工程，由中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局南京地質(zhì)調(diào)查中心承擔(dān)。項(xiàng)目周期為2018—2020年。主要目標(biāo)任務(wù)是開展多要素城市地質(zhì)調(diào)查工作，查明南昌市三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)與地下空間開發(fā)條件。南昌市50m以淺的范圍內(nèi)存在諸多影響地下空間開發(fā)的不良地質(zhì)體，其中以富水砂卵礫石層對(duì)地下空間的開發(fā)制約最為嚴(yán)重。本次工作以富水砂卵礫石層為主要探測(cè)目標(biāo)，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(dòng)測(cè)量、視電阻率測(cè)深、瞬變電磁法和電磁CT法等13種物探方法的試驗(yàn)研究，初步探索形成了城市強(qiáng)干擾地區(qū)地下空間精細(xì)探測(cè)的物探方法組合技術(shù)。

2.成果簡(jiǎn)介

（1）探索形成城市強(qiáng)干擾地區(qū)的物探數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)。城市地區(qū)地表狀態(tài)復(fù)雜、地物分布密集、人類活動(dòng)頻繁，電磁、振動(dòng)、地下空間等導(dǎo)致的各種物性干擾嚴(yán)重，本次對(duì)不同物探方法從設(shè)備選擇、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理等多個(gè)環(huán)節(jié)開展了抗噪、降噪的試驗(yàn)研究，取得較好成效。一是在野外數(shù)據(jù)采集方面進(jìn)行了探索和改進(jìn)。如在淺層地震施工時(shí)，對(duì)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(tái)陣、三角形等規(guī)則臺(tái)陣布設(shè)條件的市區(qū)，智能微動(dòng)測(cè)量采用直線型臺(tái)陣布設(shè)方法，沿著馬路邊按照10m間隔進(jìn)行站點(diǎn)布設(shè)；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(shù)據(jù)采集質(zhì)量；充分利用地表與地下構(gòu)筑物（鉆孔、巷道）等進(jìn)行井中直流電阻率工作布置，實(shí)現(xiàn)了研究區(qū)高密度數(shù)據(jù)的覆蓋（圖1）。二是創(chuàng)新采用了新的數(shù)據(jù)處理方法，提高了物探成果的解譯精度。如在運(yùn)用智能微動(dòng)方法對(duì)工作區(qū)富水砂卵礫石層進(jìn)行探測(cè)時(shí)，采用了多時(shí)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(yīng)強(qiáng)度弱、分辨率低的缺陷，使得目標(biāo)地層得到了很好的刻畫（圖2）；研發(fā)了直流電阻法的漸進(jìn)反演方案，提高了反演的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)了黏土（10~60Ω·m）、砂卵石層（30~80Ω·m）、紅層軟巖（100~3000Ω·m）的分層，對(duì)弱電阻率異常的砂卵石層精細(xì)探測(cè)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(duì)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(xì)探測(cè)物探方法組合技術(shù)。優(yōu)選了智能微動(dòng)、高密度電阻率法、瞬變電磁、探地雷達(dá)和瞬態(tài)面波等5種物探方法并結(jié)合鉆探、測(cè)井等手段開展了試驗(yàn)研究，對(duì)比結(jié)果顯示智能微動(dòng)測(cè)量+瞬變電磁法為有效的探測(cè)富水砂卵礫石層的方法組合。根據(jù)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(diǎn)，認(rèn)為微動(dòng)測(cè)量對(duì)目標(biāo)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(zhì)黏土層）的電性典型差異較明顯，所以瞬變電磁方法對(duì)目標(biāo)地層的頂板有更好的探測(cè)效果。以南昌1號(hào)線為例，綜合上述兩種物探方法組合的解譯結(jié)果，區(qū)內(nèi)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(cè)線上5個(gè)鉆孔的進(jìn)行比對(duì)顯示推斷頂板埋深與實(shí)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(cè)層位的物性參數(shù)表，建立了研究區(qū)的地質(zhì)-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(wǎng)狀河沉積，第四系厚度小，表現(xiàn)為典型的河流相“上細(xì)下粗”二元結(jié)構(gòu)，巖性結(jié)構(gòu)從上到下具有“填土-黏土（粉質(zhì)黏土）-砂層-砂卵礫石層-紅層”組合特征。根據(jù)前人成果資料及本次多種物探方法的勘探結(jié)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(qiáng)，可視為同一物性層，據(jù)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(zhì)砂巖等4層，并總結(jié)形成了4個(gè)層位的電阻率、波速、介電常數(shù)等多種物性的物性參數(shù)表。

3.成果意義

項(xiàng)目探索建立的城市地下空間精細(xì)探測(cè)物探方法組合技術(shù)，可快速、精細(xì)化識(shí)別南昌市城市地下空間結(jié)構(gòu)，解決了城市工程勘查中兩鉆孔間地層連續(xù)性探測(cè)的難題，實(shí)現(xiàn)了城市地區(qū)高效無損調(diào)查與探測(cè)，對(duì)濱湖平原區(qū)城市地下空間探測(cè)具有示范意義，有效支撐了自然資源部城市地下空間探測(cè)評(píng)價(jià)工程技術(shù)創(chuàng)新中心建設(shè)。

（中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局南京地質(zhì)調(diào)查中心 田福金 賈軍元供稿）