城市地下空间地球物理探测技术与应用

城市地下空间开发利用是缓解土地资源紧张、解决"城市病"的重要途径,合理开发利用地下空间资源的关键问题是如何实现城市下方地质体"透明化".受施工场地、安全等因素的制约,传统地质填图调查方法难以获取城市地下精细结构信息,地球物理方法具有无损探测的特点,已成为开展城市地下空间精细地质结构探测的主要技术手段.然而地球物理方法种类较多,不同方法应用前提、范围和效果差别较大,为给城市地下空间资源探测选择适合的地球物理方法,本文结合实际案例,系统分析了微重力、高密度电法、浅层反射地震、面波勘探、探地雷达等不同地球物理方法在城市地下空间探测中的应用效果和适用前提.在此基础上,对比了不同方法探测深度、分辨率及其在城市地下空间开发探测的适用阶段,并对未来城市地下空间探测技术发展做了展望.     

HVSR探测方法在城市岩溶勘察中的应用

随着城市空间逐步向地下发展,地下岩溶等不良地质体的存在给城市建设带来较大的安全隐患,常规的地球物理探测方法在城市地下岩溶等不良地质体探测中因人文活动、电磁干扰等因素的影响而受到极大限制．微动探测作为一种被动源勘探方法,因其场地适应能力强、工作效率高等优点被逐渐应用于城市地下岩溶探测．基于微动的HVSR谱比法则具有更好的适应性．为探索该方法在城市岩溶探测的有效性及其特征,选取岩土勘察中的两个工程场地作为探测试验区．试验区内岩溶发育,通过钻探获取了岩溶的空间分布特征及基岩的起伏变化．在试验区的岩溶异常上进行HVSR测试,并利用面波勘探的频散曲线对HVSR谱比曲线进行深度换算,从而代替钻孔信息进行深度换算的方法,来探测地下地质情况．结果表明,利用该方法进行HVSR谱比曲线的深度换算简便有效,能有效的探测出地下岩土分界面和岩溶的分布情况,为后续岩溶区工程勘察提供帮助,减少钻探工程量提高经济效益和时间效率．     

音频大地电磁法在和邢铁路天河山隧道超前探测中的应用研究

随着铁路建设的发展,规模较大的隧道数量越来越多,且隧道在施工过程中经常伴随着塌陷、突泥、涌水等地质灾害的发生,因此探明隧道前方隐藏的地质灾害至关重要。当隧道前方及上方地质异常体达到一定规模时,会对隧道产生多方向的较大压力,而在隧道内部开展的常规预报方法只能探测隧道前方地质异常体。本文为了探究和邢铁路天河山隧道周边地质异常体的空间规模及形态,在隧道上方布置3条音频大地电磁测深剖面,对音频大地电磁数据进行精细化处理、分析和反演,最终获得地下700 m深度范围内电阻率结构模型,发现存在东、西2组低阻异常,结合地球物理和地质资料,认为东部的近直立低阻异常可能为破碎带,而西部向西倾斜的低阻异常可能为与区域大断裂相关的构造或破碎带,且异常规模较大。后期隧道的掘进结果证实了反演结果的可靠性,认为采用音频大地电磁测深方法可以有效探测隧道周边一定深度范围内地质异常体的空间规模和形态,可为有效避免隧道施工过程中重大地质灾害的发生提供参考依据。     

综合物探方法在南宁地铁溶洞探测中的应用

随着城市化进程的加速,城市轨道交通得以快速发展.地铁成为未来城市主要交通建设方向之一.溶洞的地质特征又是地铁施工中的难点.本次研究区位于南宁市境内,地铁线路将穿越邕江堆积、河谷阶地区、溶蚀残丘谷地区和侵蚀、剥蚀丘陵区.经初步勘察发现研究区有多处溶洞且该段地处市中心,车流量较大、地下管线较复杂,以商业和居住为主.为了查明研究区溶洞发育情况,结合当地地质构造条件且考虑到地球物理存在多解性的特点.采用高密度电法与地质雷达相结合对研究区内的溶洞进行探测,其中地质雷达用来填补高密度电法勘探效果不理想的区域(例如沥青或混凝土路面).两种方法相互结合达到研究区全面覆盖的目的.进而对研究区的溶洞性质和溶洞空间发育形态进行确定,再通过钻孔对比验证取得了良好效果.物探方法共推断9处溶洞的研究结果表明地质雷达可以较好的填补高密度电法勘探效果不理想的区域.使这种综合物探方法针对溶洞探测获得了较好的效果.最终为工程设计及施工提供了可靠的依据.     

山区公路微动探测方法应用试验研究

复杂山区的公路建设运营对地球物理探测提出了巨大挑战.非侵入式微动探测方法无需主动震源,作为地震类方法的一种,其独特的优势已经体现在地热资源探测、城市地下空间精细探测等领域.针对目前山区公路建设运营中对地球物理探测的重大需求,本文研究微动探测方法的应用效果.首先,根据研究区地形设计了十字形与直线型进行野外微动数据的采集,进而利用空间自相关法从微动信号中提取瑞雷波频散曲线,最后获得视S波速度剖面.通过与高密度电法探测结果对比发现微动探测方法在山区可以有效的识别隐伏构造和不同的岩性层、刻画高速异常地质体等.在灵活改变观测系统的情况下,针对山区公路建设对地质信息的要求,该方法可以提供关键的精细地质结构信息.通过本研究,初步证实了微动探测方法在山区探测的有效性,为后续复杂条件下的地球物理探测提供了新的有效探测手段.     

中国人工源电磁探测新方法

人工源电磁探测技术作为地球物理电磁探测的重要分支,在过去十年中得到快速发展.中国陆续攻克电磁探测方法的基础理论、正反演方法和核心装备技术难题,在地面电磁法、航空电磁法及海洋电磁法等领域的研究中取得了突破性进展,出现空-地-井立体探测和频-时域多尺度电磁探测新技术,实现对地下10km深度范围内目标体的有效探测.为了进一步满足国家在深部地质找矿、城市地下空间探测、地质灾害探测和监测等方面的迫切需求,仍需继续推动地球物理勘探方法的技术创新,发展高效、可靠、经济的新装备.     

地球物理方法在城市膏盐富集层探测中的应用效果浅析

膏盐层是红层地区城市地下空间利用过程中常见的不良地质体.提前获知基岩内膏盐层的埋深及空间展布规律,对城市地下空间资源的开发利用以及地基承载力、持力层、基础选型等参数的确定具有重要的参考意义.本文采用高密度电法、微动勘探、三分量频率谐振勘探和等值反磁通等方法在成都市天府新区国际生物城开展了膏盐富集层的探测研究,综合对比分析各种方法的探测效果、施工效率及经济成本后,认为在城市膏盐层的调查应用中,等值反磁通瞬变电磁法是一种相对经济、可行、有效的方法;选择该方法对2 km~2的研究区开展了100 m×10 m的扫面测量工作,通过反演计算建立了研究区200 m以浅的三维电性结构,结合钻孔信息成功推断出膏盐层的空间展布形态,证明了该方法对红层地区城市地下空间膏盐层的探测的有效性.     

城市地下空间资源探测:面波与初至波层析成像联合探测济南泉域近地表速度结构

济南地区地质结构复杂,地下空间开发尚处于起步阶段,未来轨道交通规划和地下空间开发面临复杂的地质问题,如何保护泉水,避免地下空间的不当开发影响泉水断流,以及查明济南主城区地下地质结构与地质资源,是急需解决的关键问题.本文利用多道面波分析方法采集的数据,综合初至波层析成像与面波频散分析技术方法,建立了纵波速度、横波速度和纵横波速度比值模型,开展趵突泉敏感区东部边界地质结构探测工作,获得了测区浅层0～80 m地层结构特征,推测在泉水敏感区边界存在东西向径流通道,为济南中心轨道交通建设和其他地下空间资源开发利用提供了新的探测技术方法以及有力支撑.     

CSAMT在某重大城市活动断层探测中的应用

某城市位于我国南北地震带中段东侧,是一个中强地震频发的地区,1996年被国务院列为全国地震重点检测防御城市,因此该城市的地震活动断层的探测任务非常紧迫.为了对该城市的活动断层进行探测和评价,需查明区内断裂的准确位置、产状以及覆盖层厚度.采用CSAMT方法进行了勘察工作,由于区内人文干扰和电磁干扰严重,野外施工时采用了多种手段以保证观测数据的可信度;采用CSAMT全资料反演程序对野外数据进行反演.分析反演结果并结合已知地质资料,描述了3个背斜形态,识别出了多条断层.     

基于空间形态先验约束的三维电阻率反演成像方法(英文)

三维电阻率探测反演存在着多解性的固有难题,增加已知数据和先验信息、施加先验约束是压制反演多解性的可行途径。针对该问题,将地质推断或其他地球物理勘探方法获得的确定性的异常体空间形态信息作为一种重要的已知先验信息,提出了一种基于异常体空间形态先验约束的三维电阻率反演成像方法,利用已知异常体边界的三个正交方向向量(法向量及两个切向量)及各向异性的权重系数来控制异常体边界区域的法方向及切方向电阻率差异程度,从而实现已知异常体边界空间形态的刻画及其先验约束的表征。将上述异常体空间形态先验约束施加到三维电阻率反演目标函数中,并建立了基于空间形态先验约束的三维电阻率反演成像方程。然后,开展了基于空间形态先验约束的数值反演算例,对三维电阻率反演方向向量及其权重进行了系统探讨,得到了方向向量权重合理的取值范围,验证了空间形态先验约束在降低多余构造,压制多解性方面的可行性和有效性。最后,将该方法用于广州地铁含水层探测中,将地质地雷得到的异常体空间形态施加到三维电阻率反演中,较准确的反演出地下含水层的位置和形态,通过与现场钻孔对比,可发现空间形态约束方法显著的压制了三维电阻率探测反演的多解性问题,具有良好的实用性。     

遥感技术在乌鲁木齐市活断层探测中的应用

应用卫星遥感技术可以在城市活断层探测的初勘阶段发挥重要作用。应用多时相、多波段、多种空间分辨率的遥感影像,对乌鲁木齐市及其临近地区进行活动断层的解译分析。结果表明,乌鲁木齐市近城区内主要发育有NE向、EW向和NW向等几组断裂构造,其中以NE向的断层分布最广,受城市改造最为强烈,也最具有活断层危险性评价的现实意义。     

AMT方法在鳌山卫花岗岩地区深部地热构造勘探中的应用

作为我国最近规划的中国蓝谷海洋高科技开发区,对能源结构有着较高要求.目前,地热资源的直接利用是最经济最方便的绿色能源途径.鳌山卫研究区,是中国蓝谷的核心区之一,根据地质资料和温泉露头情况推测,该研究区内有可观的地热资源潜力.为探测鳌山卫花岗岩地区的深部地热构造,搜集已有的地质地球物理资料,在该区布设了10条AMT测线.通过资料采集、预处理、反演,得到了研究区地下2000 m以浅的电性结构的空间展布形态.勘探结果显示,研究区发育一条走向为N30°E的断裂构造F1,深度约1500 m;同时确定了构造低阻异常中心位置,为下一步钻孔布设提供依据.本次花岗岩区AMT探测,克服了城市人文干扰和高压输电线引起的各种电磁干扰,为类似地区深部地热构造探测工作提供了实践经验,是一次成功的深部地热构造探测.     

乌鲁木齐市华凌拟建地下停车场活断层探测与城市活断层探测手段适用性初步分析

根据在乌鲁木齐市拟建华凌地下停车场活断层探测与地震危险性评价工作，对通过乌鲁木齐闹市区的雅玛里克断裂进行了实验性探测。采用了浅层地震探测、地质雷达探测、地形测量和坑探剖面方法，对这些手段的适用性进行了初步分析和讨论。     

重力异常垂向二阶导数在攀西裂谷特征分析中的应用

重力异常是地下不同规模、形态和埋深的不均匀地质体的综合响应.通过从重力异常中提取目标地质体异常,可以探测隐伏矿床、岩体或构造.而重力异常的高阶垂向导数不仅可以通过突出浅而小的地质体异常、压制区域性深部地质因素的影响来提高局部地质因素分辨能力,还可以区分水平叠加异常,确定地质体或构造边界.但阶数越高的导数,带来的高频干扰越严重.相对于其它高阶导数而言,垂向二阶导数是一种较为成熟的位场数据处理和解释方法.本文通过对攀西地区重力异常垂向二阶导数的特征分析,推断了攀西裂谷基本结构,并将其与区内已知金属矿床及重要成矿带分布位置对比,由此发现,区内主要金属矿床和成矿带均沿裂谷带分布,且沿裂谷轴部分布最为密集.结合攀西裂谷成因机制,进一步指出,区内金属矿找矿方向主要沿与岩浆热液作用密切相关的裂谷构造发育端展布.     

微重力探测城市地下空间试验及正演模拟分析

随着国家城市快速发展,城市地下空间探测与开发利用需求加大,传统物探方法在人文活动区域受干扰因素较多,无法获取真实准确的探测数据。微重力方法相对而言受干扰因素较小,对于城市建筑物和人类活动遗迹干扰可以通过模型正演校正的方法消除,从而获取高精度重力数据,进而通过有效的反演方法,可以获得城市地下空间的隧道、采空区、空洞、塌陷区、管廊等空间位置信息。本文用地面移动式高精度重力测量仪器,进行城市探测中受影响的因素进行试验性探测与分析,并结合正演模型校正研究,微重力方法在城市地下空间探测上有不错的效果。      

地质雷达探测岩溶洞穴物理模拟研究

岩溶分布十分广泛,地下岩溶洞穴严重威胁着工程建设和人民的生命安全.了解岩溶地区的地质构造和岩溶发育规律,准确勘查地下岩溶洞穴,为各部门的工程设计与施工处理提供可靠的依据显得十分重要.地质雷达是采用高频电磁波、宽频带短脉冲和高速采样技术的一种新型的物探方法.由于该方法具有工作效率高、分辨率高和异常图象直观等突出优点,因此,该方法广泛应用于工程勘察中.多年来,在中国的铁路、公路、电站和机场等工程建设中,我们应用地质雷达方法作了大量的试验研究和生产工作,采集到了一些具有代表性的地下溶洞、溶缝和岩溶破碎的雷达图象,也积累了地质雷达探测地下岩溶洞穴的一些重要经验.本文从地质雷达探测地下岩溶洞穴的基本原理出发,从理论上对溶洞、溶缝和破碎带等的雷达图象进行模拟计算,提出了常见的地下岩溶异常的基本雷达图象特征,再结合典型的地质雷达图象实例,阐述了地下溶洞的埋深、规模、空间分布形态等判识方法.     

多尺度地球物理与成矿系统探测:现状与进展

不同的构造环境,物源基础和保存环境形成矿床在观测结果上表现为不同的地球物理属性,地球物理探测方法利用密度、磁化率、极化率、电阻(导)率、波阻抗等物性差异进行地下地质体探测.利用地球物理方法进行成矿系统探测需要剖析从局部到区域矿物矿床形成的物源、通道和富集以及保存的完整过程,以便在不同的尺度范围内完成地球物理多属性结构成像,指导下一步具体找矿任务.区域地球动力演化、物质和能量源区控制着成矿始端,成矿流体富集成矿以及保存条件控制着成矿末端,流体迁移的通道将成矿始端和成矿末端连接,形成一个完整的成矿系统.本文从成矿系统始端和末端两方面分别阐述各个地球物理探测方法的发展历程和适用范围,最后通过长江中下游成矿带庐枞矿集区泥河铁矿找矿实例论述多尺度地球物理探测方法在成矿系统始端和末端应用效果.     

城市老旧小区内外业一体化给水管线探测

随着城市小区不断的建设和完善,地下管线种类繁多,分布复杂,特别是老旧小区不同时期建设的管网构成更为复杂,图件资料匮乏,维护非常困难,其中给水管线的问题尤为突出.本研究首先分析了城市老旧小区给水管线特点及其对探测的影响,结合不同探测技术对不同材质管线探测方法的优缺点,提出了多方法综合探测的合理方案.最后以某小区的管线探测工程为例,介绍了管线探测内外业一体化作业流程,阐述了如何综合运用多种方法,包括声学探测法、电磁感应法、地质雷达法对给水管线进行综合探测和分析.该研究对于我国大量城市老旧小区管线的管理和维护具有重要意义.     

综合物探在中深层地热勘查的应用研究

重力异常是地层不同规模、形态以及埋深的非均匀地质体的综合响应,通过分析重力异常信息,可以探测区域地质构造、隐伏构造以及地层分布规律.在阐明区域地质概况及物性特征的基础上,针对城市特殊的场地环境及干扰因素,提出了以重力勘探法为主,地震方法为辅助手段的综合物探组合模式,并且研究了综合物探的可行性和互补性,通过实验数据和实际数据对比分析,可以很好的识别地质体边界和断层,推断断裂分布规律,确定具有控热构造的储层位置.本文通过研究综合物探方法在地热勘查中的应用,给出钻井建议,从而解决了地质结构不清、目标不明、钻探风险很大等地质问题.通过地热井验证表明,水温水量达标,地热供暖效果良好,充分发挥了地球物理方法在中深层地热勘查中的作用.     

物探方法在预防路面塌陷中的应用

城市地下空间的开发利用不可避免地在基础设施建设中造成土体流失或土层沉降,形成的地下“病害体”易导致城市道路塌陷的发生。文章以滁州琅琊大道为例,采用地质雷达法和浅层地震勘探法对城市老城区排水管网周边进行探测。结果表明:①在探测深度不超过7.0 m范围内,地质雷达法可以满足探测要求;②在场地条件复杂、干扰较多的情况下,需辅以浅层地震勘探法。利用上述方法,可以更准确地查明地下“病害体”的位置,防止了路面塌陷的发生。