南昌城市地下空间精细物理探测技术研究取得新进展

来源于《中国地质调查成果快讯》

摘要：针对南昌城市地区人类活动强烈、干扰因素多的特点，探索适合探测南昌城市地区地下空间地层结构的物探数据采集和数据处理的关键技术，形成城市强干扰条件下有效探测富水砂卵砾石层的物探方法组合技术，为快速、精细化识别城市地下空间结构提供技术支撑，对滨湖平原区城市地下空间探测具有示范意义。

1.项目概况

“南昌多要素城市地质调查”项目，归属于“城市地质调查”工程，由中国地质调查局南京地质调查中心承担。项目周期为2018—2020年。主要目标任务是开展多要素城市地质调查工作，查明南昌市三维地质结构与地下空间开发条件。南昌市50m以浅的范围内存在诸多影响地下空间开发的不良地质体，其中以富水砂卵砾石层对地下空间的开发制约最为严重。本次工作以富水砂卵砾石层为主要探测目标，在昌东高铁新区典型剖面上开展了高密度电阻率法、微动测量、视电阻率测深、瞬变电磁法和电磁CT法等13种物探方法的试验研究，初步探索形成了城市强干扰地区地下空间精细探测的物探方法组合技术。

2.成果简介

（1）探索形成城市强干扰地区的物探数据采集与处理技术。城市地区地表状态复杂、地物分布密集、人类活动频繁，电磁、振动、地下空间等导致的各种物性干扰严重，本次对不同物探方法从设备选择、数据采集和数据处理等多个环节开展了抗噪、降噪的试验研究，取得较好成效。一是在野外数据采集方面进行了探索和改进。如在浅层地震施工时，对比了不同震源的激发效果，自制了60kg落锤震源，确保了激震频率；在不具备圆形台阵、三角形等规则台阵布设条件的市区，智能微动测量采用直线型台阵布设方法，沿着马路边按照10m间隔进行站点布设；采用了特定石膏电极、自制“胶囊”形铜制井中电极、不等距布极、提高供电电流和夜间施工等措施提高了电法数据采集质量；充分利用地表与地下构筑物（钻孔、巷道）等进行井中直流电阻率工作布置，实现了研究区高密度数据的覆盖（图1）。二是创新采用了新的数据处理方法，提高了物探成果的解译精度。如在运用智能微动方法对工作区富水砂卵砾石层进行探测时，采用了多时窗综合处理的方法，解决了常规H/V曲线中富水砂卵砾石层的响应强度弱、分辨率低的缺陷，使得目标地层得到了很好的刻画（图2）；研发了直流电阻法的渐进反演方案，提高了反演的稳定性，实现了黏土（10~60Ω·m）、砂卵石层（30~80Ω·m）、红层软岩（100~3000Ω·m）的分层，对弱电阻率异常的砂卵石层精细探测具有较好效果。

图1 物探野外施工图片

图2 钻孔剖面图与H/V深度剖面对比图

a—常规H/V深度域剖面；b—特殊处理H/V深度域剖面

（2）初步探索形成了城市区富水砂卵砾石层的精细探测物探方法组合技术。优选了智能微动、高密度电阻率法、瞬变电磁、探地雷达和瞬态面波等5种物探方法并结合钻探、测井等手段开展了试验研究，对比结果显示智能微动测量+瞬变电磁法为有效的探测富水砂卵砾石层的方法组合。根据砂卵砾层与下伏基岩面弹性波速差异明显且弹性波波速的稳定性较电阻率好的特点，认为微动测量对目标地层底板埋深的推断较为有效，而砂卵石层与上覆黏土层（粉质黏土层）的电性典型差异较明显，所以瞬变电磁方法对目标地层的顶板有更好的探测效果。以南昌1号线为例，综合上述两种物探方法组合的解译结果，区内富水砂卵砾石层推断顶板埋深为10~13m，底板埋深为25~30m，与测线上5个钻孔的进行比对显示推断顶板埋深与实际界线最大相差2.8m，最小相差1.2m，底板埋深相差0.8~3.0m之间。

（3）初步形成了主要探测层位的物性参数表，建立了研究区的地质-地球物理模型。南昌市平原区第四系沉积属典型的浅覆盖型缓坡三角洲网状河沉积，第四系厚度小，表现为典型的河流相“上细下粗”二元结构，岩性结构从上到下具有“填土-黏土（粉质黏土）-砂层-砂卵砾石层-红层”组合特征。根据前人成果资料及本次多种物探方法的勘探结果分析，黏性土、基岩物性与砂层差异明显，而砂层和砂卵石层物性差异不大，且富水性均较强，可视为同一物性层，据此建立了工作区的地球物理模型，可分为填土层、黏土层、富水砂卵砾石层、泥质砂岩等4层，并总结形成了4个层位的电阻率、波速、介电常数等多种物性的物性参数表。

3.成果意义

项目探索建立的城市地下空间精细探测物探方法组合技术，可快速、精细化识别南昌市城市地下空间结构，解决了城市工程勘查中两钻孔间地层连续性探测的难题，实现了城市地区高效无损调查与探测，对滨湖平原区城市地下空间探测具有示范意义，有效支撑了自然资源部城市地下空间探测评价工程技术创新中心建设。

（中国地质调查局南京地质调查中心 田福金 贾军元供稿）