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微动勘探与三维地质建模在城市岩溶地质调查中的应用研究

郭建民 郑灿政 丁庆忠 王洪祯 付阳 宫亮

郭建民,郑灿政,丁庆忠,等. 微动勘探与三维地质建模在城市岩溶地质调查中的应用研究[J]. 中国岩溶,2026,45(2):292-301 doi: 10.11932/karst20260202
引用本文: 郭建民,郑灿政,丁庆忠,等. 微动勘探与三维地质建模在城市岩溶地质调查中的应用研究[J]. 中国岩溶,2026,45(2):292-301 doi: 10.11932/karst20260202
GUO Jianmin, ZHENG Canzheng, DING Qingzhong, WANG Hongzhen, FU Yang, Gong Liang. Application of microtremor survey and three-dimensional geological modeling in urban karst geological survey[J]. CARSOLOGICA SINICA, 2026, 45(2): 292-301. doi: 10.11932/karst20260202
Citation: GUO Jianmin, ZHENG Canzheng, DING Qingzhong, WANG Hongzhen, FU Yang, Gong Liang. Application of microtremor survey and three-dimensional geological modeling in urban karst geological survey[J]. CARSOLOGICA SINICA, 2026, 45(2): 292-301. doi: 10.11932/karst20260202

微动勘探与三维地质建模在城市岩溶地质调查中的应用研究

doi: 10.11932/karst20260202
基金项目: 国家自然科学基金项目(42204120);山东省自然科学基金项目(ZR2023QE265)
详细信息
    作者简介:

    郭建民(1982-),男,正高级工程师,主要从事建筑科学与工程工作。E-mail:932103630@qq.com

    通讯作者:

    郑灿政(1990-),男,高级工程师,主要从事岩土工程勘察工作。E-mail:zcz1028@126.com

  • 中图分类号: P631; TU195.1

Application of microtremor survey and three-dimensional geological modeling in urban karst geological survey

  • 摘要: 为解决城市地区地下岩溶地质结构勘探中传统物探方法噪声干扰大、测线布置受限以及二维勘探数据难以全面反映地质体三维空间结构等问题,提出了一种将微动勘探技术与地质统计学相结合的三维地质建模方法。文章以济南城市轨道交通拟建4号线泉城公园站—千佛山站区间为例,在城市岩溶地区,首先开展了二维微动勘探,实现了二维测线剖面的物性参数反演。在此基础上,结合三维地质统计学建模方法,通过变差函数分析,获得了地质物性参数的空间相关性,并建立了研究区三维速度模型。结合钻孔资料分析,二维勘探成果与钻孔结果的吻合度较高。与二维剖面人工解释对比发现,地质统计学三维速度模型提取的区域并不能完全对应单个溶洞,而是溶洞高发区域,这表明地质统计学建模方法具有平滑效应,不能精确刻画单个溶洞的分布特征。然而溶洞高发区域的直观展示,能够为工程施工提供必要的指导。该方法可有效提升地下岩溶地质结构勘探的精度与全面性,提高勘探效率、降低勘探成本,为地下岩溶地质结构的精确勘探提供了新途径。

     

  • 图  1  微动测线及钻孔位置图

    Figure  1.  Layout of microtremor survey lines and borehole locations

    图  2  面波视速度剖面图和地质解释(a. QQWT01测线, b. QQWT09测线)

    Figure  2.  Profile of surface wave apparent velocity and geological interpretation (a. QQWT01 survey lines, b. QQWT09 survey lines)

    图  3  w3钻孔岩心照片(a. 20~25 m岩心, b. 25~30 m岩心)

    Figure  3.  Photos of the core from Borehole w3 (a. Core from 20 to 25 m, b. Core from 25 to 30 m)

    图  4  变差函数图分析

    Figure  4.  Analysis of variogram function

    图  5  三维建模结果可视化

    (a.二维剖面的三维可视化, b.三维建模地质体可视化,c.岩溶发育区(不透明蓝色区域)可视化,d.溶洞高发区(不透明蓝色区域)可视化)

    Figure  5.  Visualization of 3D modeling results

    (a. visualization of 3D modeling results overlaid with 2D profile visualization, b. visualization of 3D modeling for geological bodies, c. visualization of karst development areas, d. visualization of the high incidence area of caves)

    表  1  研究区地层岩性特征

    Table  1.   Lithological characteristics of the strata in the study area

    年代地层 岩性 特征描述 平均厚度/m
    Q 素填土 黄褐色,以粉质黏土为主,表层0.4~0.6 m多见植物根系,为耕土,属高压缩性土 1.95
    杂填土 黄褐色–杂色,以粉质黏土为主,混有较多碎石及少量建筑垃圾,属中压缩性土 1.54
    黏土 棕黄色–棕红色,局部可塑,土质不均匀,可见铁锰质氧化物,黏粒含量较高,含有少量碎石,径2~5 cm,含最5%~8%,分布不均 3.11
    碎石 棕褐色–灰黄色,碎石成分以白云岩碎块为主,磨圆度一般,多数呈次棱角状,亚圆状,块径2~5 cm,最长12 cm,含量55%~65%,泥质胶结,胶结差,少量钙质胶结,黏性土充填,属低压缩性土 2.42
    黏土 棕褐色–棕红色,局部硬塑,黏粒含量高,含有少量碎石,径3~8 cm,分布不均,含最8%~10%,见铁锰质氧化物,属中压缩性土 1.03
    Є4O1s 中风化白云岩 青灰色、浅灰色,隐晶质结构,块状构造,节理裂隙较发育,多方解石岩脉充填,岩心多呈柱状,短柱状,柱长8~40 cm,锤击声脆,溶蚀发育,溶孔局部呈蜂窝状,可见小溶洞,黏性土充填,采取率80%~90%,RQD=10~70;岩石坚硬程度为较硬–坚硬岩,岩体完整程度为较破碎;产状:335°∠13° 7.82
    溶蚀破碎白云岩 青灰色,隐晶质结构,巨厚层状构造,节理裂隙较发育,多方解石岩脉充填,岩芯多呈碎块状,局部短柱状,块径3~7 cm,柱长5~10 cm,锤击声脆,岩溶溶蚀较发育,可见小溶洞,黏性土充填,采取率70%~80%,RQD=0 3.21
    溶洞填充物 杂色,以棕红色黏性土充填,含有基岩风化碎屑物;或黏性土混白云岩碎块充填;或空洞无充填 1.69
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    表  2  研究区岩石物性统计表

    Table  2.   Statistics of rock physical properties in the study area

    岩性 波阻抗×104/(g·cm−2·s−1 横波传播速度/(m·s−1) 纵波传播速度/(m·s−1)
    第四系沉积物 5~65 200~2500 500~2800
    灰岩、白云岩 40~116 1500~3500 2000~6250
    下载: 导出CSV

    表  3  变差函数建模参数

    Table  3.   Variogram function modeling parameters

    类型指数型
    变程变程Max120
    变程Med40
    变程Min15
    角度方位角0
    倾角0
    斜角0
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-06-21
  • 录用日期:  2025-08-26
  • 修回日期:  2025-05-13
  • 刊出日期:  2026-04-01

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