复杂城市环境下地球物理勘探技术研究进展

复杂城市环境下地球物理勘探技术研究进展

李绍铜

黑龙江省生态地质调查研究总院 黑龙江 哈尔滨 150027

摘要：随着城市地下空间开发利用国家战略的推进，建设过程中经常遇到地下地质情况不明、城市复杂环境下探测技术存在瓶颈等困难。由于城市环境复杂、干扰因素众多，传统的地质钻探、挖探、触探等手段不能做到全覆盖或不能实现连续勘察，及时勉强开展了勘探工作，其勘探精度有限，多个城市地铁等市政轨道交通中出现常规勘探方法无法实施的情况。如昆明地铁５号线圆通山－翠湖公园站穿越房屋密集区段，由于地表建筑物阻挡造成７００ｍ范围钻探无法实施，同时常规物理勘探方法也无法有效实施，从而导致勘探盲区。在深圳地铁、徐州地铁等市政轨道交通中也出现过类似情况。此外，复杂城市地质勘察对不良地质，诸如岩溶、不均匀风化体、人防空洞、地下水渗流通道、水囊、软弱夹层等，现阶段勘察手段难以做到全面、详细的探查识别，会带来很大的设计、施工安全隐患。

关键词：复杂城市环境；地球物理；勘探技术

引言

地球物理学是一门运用物理规律和方法来观察地球上各种物理场的分布和变化的科学，研究了介质结构、地球物质和地球的组成和演化等自然现象和变化规律。在此基础上，研究了地球的内部结构和结构，发现了资源，提供了能源，为环境监测奠定了理论和技术基础，为减灾奠定了基础。地球物理学是一门研究地球地壳物理差异的技术科学，用作地质成分和矿产资源研究的基础。矿产资源勘探是地球物理发现的基本工具，广泛应用于许多领域，特别是建筑、地质、石油和水领域，以发现和研究资源和能源，预测地质灾害。

1国内外城市地球物理勘探技术

全球范围内，发达国家或地区城市经过最近１００年的高速发展，已经形成了以立体化拓展城市空间解决“城市病”为主要导向的城市地下空间开发格局，形成了地下轨道交通导向型、全功能全深度型、紧凑型集约型和绿色环保型开发模式，开发过程中有严格的阶段分割，勘察阶段场地相对单一，没有明显的建筑物阻挡和强干扰存在，所采用地球物理勘探技术与常规方法基本一致，常采用地震反射波法、高密度电阻率成像和面波法。例如，日本主要使用面波法、浅层地震反射法勘探；加拿大主要使用地质雷达法、高密度电阻率成像法、浅层地震反射波法勘探；新加坡主要使用高密度电阻率成像、浅层地震反射波法、测井及井中物探。我国系统性针对城市区域地下空间的地球物理勘探工作始于２００３年，以北京、上海、广州、南京、天津、杭州为城市地质调查试点地区，勘探精度满足不了工程设计要求，综合采用了高精度重磁、电磁法勘查、地震纵横波勘探、测井、井中物探等方法，另外辅以钻探法开展了城市尺度的地下地质综合探测往为正常的城市环境，各类人文活动照常进行，这给探测工作在空间和数据质量两个方面带来了严重的限制。经过近２０年的技术积累和工程实践，在适用于复杂城市环境的探测技术中有所突破，具有代表性的是多匝小回线瞬变电磁法、射频大地电磁法、光纤声波传感技术和二维微动剖面探测技术。

2主要的应用技术措施

随着城市活断层探测工作以及探测技术的发展，越来越多的城市开始开展城市活断层探测工作，在进行探测工作的不断实践和深入研究之后，地震勘探方法可适用的范围以及最为先进的技术逐渐被人们所掌握。进行浅层地震勘探工作时，需要采用最合适的地震勘探方式进行断层探测，对地震勘探的资料进行分析和处理，如此一来才可以获取较高的反射波信噪以及最为清晰的断层时间剖面。而高分辨率能够使城市活断层得到精准的探测，最终经过对地震各项资料的分析和处理，寻找到勘探片区断层隐伏段的具体部位和断层产生错断的具体层位以及深度情况，为城市的空间发展以及重大工程的选址提供有力的支持。就目前探测工作的情况来看，我国绝大多数城市都属被第四系地层所覆盖，并且需要进行探测的目标断层也绝大多数都是隐伏断层，这也进一步证明了地球的物理勘探活动在城市活断层探测工作当中起到了重要的作用。进行探测工作时需要注意：探测的最终目的层是第四系地层，不仅要掌握探测的片区是否存在断层，还要检测断层存在时是否断至第四系地层，并找出断层上存在断点的具体位置。如此一来就需要使用地震、电磁、探地雷达以及重力勘探的探测方式，这其中地震勘探具有明显的优势，不仅探测的效果十分明显，而且探测的范围更准确、精确度更高，广泛应用于城市活断层的探测工作中。

3复杂城市环境地球物理勘探技术

城市环境中开展地球物理工作，其作业环境差异加大，环境的复杂性主要体现在作业场地限制和数据干扰强两个方面。具体地，在城区环境中由于建筑物和交通的阻隔导致用于开展探测的空间不连续，通常表现为被分割的狭小空间，且其地面多为硬化地面，这些条件极大程度上限制了需要一定测线长度和需要良好地面耦合的地球物理勘探方法的实施；由于城市中存在大量的通讯、路灯等公共设施和大量的工业、商业场所，导致整个城市环境中存在持续的机械波和电磁波干扰，且这些干扰具有随机性。此外，由于城市物权归属管理比较完善，在开展探测工作时需要考虑场地物权方的管理要求，对作业方式要求即做即走、不留痕迹，进一步限制了地球物理探测技术的实施。总体而言，在城市环境中开展地球物理勘探工作，需要满足几点：①狭小空间要求；②抗干扰要求；③高效作业要求；④绿色环保要求。　经过数十年的技术发展，得益于现在通讯和电子技术的迅猛发展，地球物理勘探技术在密集空间适用性和技术抗干扰性方面有所成就。

4地球物理勘探技术的发展趋势

随着三维地震技术应用的增加，勘探技术在国际石油推广中的作用不容低估。石油勘探开发技术的研究和开发将不断增加。(1)通过应用计算机和数据收集技术，研究人员正朝着智能、简化和自动化的方向发展，许多发达国家的矿产资源基本消失，地理上更加复杂的领域变得越来越困难。用于地质构造的前期研究，包括洞穴、岩石块等。，需要新的技术、新的方法和工具，才能通过数字化和距离技术到达这些困难的领域。(2)总线技术的发展是模块化、堆叠和卡通仪器的关键技术。这些技术的应用实现了自动测量，企鹅提供了多种功能和参数。紧凑的模块化仪器系统，代表下一代检测技术的方向和趋势。

结束语

由于城市发展的差异，我国在城市勘探领域遇到了国外同行更为复杂的建筑物阻隔与强干扰影响，经过数十年的方法创新和技术积累，已经在密集空间探测技术、抗干扰探测技术和多源勘探技术方面有了突破。在众多适用于复杂城市环境的勘探技术中，微动谱比技术、密集台阵微动测技术、光纤声波传感技术等抗干扰探测技术在满足密集空间要求的情况下具有作业效率高和绿色环保特点，将是复杂城市环境下勘探技术的方向。多源地震勘探技术集成了主动源面波、微动台阵技术和微动谱比技术，在实际生产中获得了理想的勘探效果，具有广阔的应用前景。

参考文献

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