提要
我国经济的不休发展和城市化建设的急剧推动，凸显了城市地下空间探测与合理开发利用需要的火急性与沉要性，高精度地球物理勘探步骤对城市地下空间探测阐扬着沉要作用 。与通例物探工作相比，城市地下空间探测面对着较为复杂特殊的环境，因而某些领域对通例物探工作提出了更高要求 。本文试图总结梳理近年来城市地下空间探测中的利用钻研进展及发展趋向，从城市高密度电法、探地雷达法、面波勘探法、浅层反射地震法及城市高精度沉力探测等五种步骤概述利用进展，涵盖电磁、地震、沉力等多门类综合地球物理勘探步骤，涉及光纤传感及微动技术在地下空间探测的利用，分析了各类步骤的优势地点，扼要论述了城市地下空间探测的有效步骤蹊径和部门存在的问题，以期为地球物理勘探有关技术发展及城市地下空间探测工作提供肯定参考借鉴 。
0# 引言
城市地下空间作为一种贵重的天然资源，在全球蓬勃国度和部门发展中国度已得到宽泛开发利用 。随着我国城市化建设不休推动，城市地下空间探测已成为当前钻研关注的热点问题，同时对地球物理步骤技术提岀了更高要求，地球物理步骤是进行城市地下空间探测、发展地下地质结构调查以及地下填图不成或缺的伎俩 。近年来，我国在成都、荆门及雄安新区等沉大城市均发展了城市地下空间探测工作，并且综合使用多种物探步骤，用以解决与城市亲昵有关的地质、水文、环境及灾害等一系列问题，获得了较好利用成效 。
当前，地球物理探测步骤技术在国表地下空间探测中常用于工程物探勘测，日本重要使用面波、浅层地震反射勘探 ；加拿大重要使用地质雷达、高密度电阻率成像和浅层地震勘探 ；新加坡重要使用电阻率成像、浅层地震、测井及井中物探 。对于系统性的城市地下空间探测，仍待进一步丰硕和美满 。
同蓬勃国度相比，我国城市地下空间探测利用起步较晚，但发展迅速 。早期城市地下空间探测重要结合城市地质调查和工程勘测发展 。1960年代我国组织发展城市地质调查，蕴含城市地下水资源勘查、综合工程地质勘查、环境界质勘查和地质灾害调查等 。1980年，我国在100多个大中城市使用航磁、沉力、电阻率法和放射性法等物探伎俩发展综合区域物探工作，根基探明大区域尺度机关特点 。2003年，我国以北京、上海、天津、昭通等大城市为地质调查试点地域，之后又组织发展新一轮蕴含荆门、武汉、资阳等在内的多身分城市地质调查工作，这些城市尺度的地下空间探测，综合利用了钻探、高精度沉磁、电磁法、地震纵横波勘探、测井及井中物探等地球物理步骤组合技术，为城市地质数据库建设和空间资源开发利用提供了支持 。
与通例物探工作相比，城市地下空间探测环境特殊，通常构筑物密集，车辆交通忙乱，环境噪声滋扰严沉，拥有勘查领域幼、勘查网较密、浅层勘探精度要求高以及矫捷度要求较高档特点，需满足狭幼空间高效作业、抗滋扰及绿色环保等要求 ；因工作特色与作业方式分歧，不宜单一套用石油、煤田勘探技术 。在数据采集和处置方面对通例物探工作提岀了更高要求，需逐步改进美满传统步骤技术，以适应城市勘探需要，提高抗滋扰能力和现实探测成效 。一些学者进行了城市滋扰布景下的浅层地震勘探系列试验钻研，使步骤技术不休美满，推进了行业发展 。本文试图总结梳理近年来城市地下空间探测中的地球物理步骤利用钻研进展工作及发展趋向，涵盖电磁、地震、沉力及井间物探等多门类综合地球物理勘探步骤，涉及最新的光纤传感及微动探测技术在地下空间探测的利用，并概括了各类步骤的优势地点，扼要论述了城市地下空间探测的有效步骤蹊径和部门存在的问题，以期为地球物理勘探有关技术发展及城市地下空间探测工作提供肯定参考借鉴 。
01#城市地球物理勘探根基道理、步骤及探测指标
1.1 地球物理勘探根基道理
地球物理探测凭据指标体与周边介质的物理差距，使用地球物理道理和相应的先进物探仪器设备，分析钻研观测到的物理场散布，通过数据处置、对比异常来分析诠释与探测指标体之间的对应关系，来探查地质界限、地质机关或其它指标体，或测定地质体或地下人为埋设物的物理性质或工程个性的测试步骤，基于地质前提变动、城市活动引起的电场、地震波场、磁场、沉力场、地热场、放射性等物理场的变动，相应使用电法、地震、磁法、沉力、测温、放射性勘探等各类步骤，探索在陆地、水域、地下（井中及坑路）等分歧前提下获得的利用成效，获取蕴含地质机关、地下水、滑坡、流体充填、异常埋藏物等的物理个性，以解决岩土工程及环境界质问题，为城市建设规划、空间资源开发利用和城市健康可持续发展提供支持 。
1.2 地球物理勘探步骤
目前，国内多种通例及新型地球物理步骤利用于城市地下空间探测调查，凭据地质体电场、地震波场、磁场、沉力场、地热场、放射性等场源属性差距，当前涵盖的重要技术步骤蕴含：探地雷达、通例浅层地震（二维、三维）、高密度电法、广域电磁法、瞬变电磁法、井中地球物理技术（井中地震、井中电磁法、测井）、直流电法测深、天然被动源面波勘查、混合源三分量地震频率谐振勘探等探测步骤，出格是微动探测步骤及利用光纤采集的散布式声波传感技术（DAS）近年来得到宽泛关注和索求发展，并在实际中不休加强 。
1.3 地球物理勘探指标
城市地下空间地球物理探测工作内容与城市建设工程及城市环境亲昵有关，具体而言，上述地球物理勘探技术步骤可用来钻研解决地下机关地质结构划分 ；确认覆盖层、风化带、基岩埋深 ；探测活断层及隐伏机关 ；探测含水富集区 ；探测暗浜、岩溶和浮泛 ；探测地下管线 ；路基灾害、滑坡调查 ；勘查古河路 ；地铁轨路与高速公路选线 ；沉大构筑（水坝、发电站等）选址 ；垃圾填埋场探测与渗漏评价 ；城市传染风险评价 ；水文地质前提评价及动力学参数测定等问题，甚至考古调查、环境监测与建复等，拥有沉要意思 。
02#步骤利用钻研进展
随着人类活动与刷新天然的能力不休加强，城市化过程对天然环境的影响也日益加强，可能带来新的灾害，环境与灾害问题值得关注 。近年来我国城市路路塌方、地铁塌陷等变乱常有产生，城市面对特殊地质环境下地面沉降、地裂缝、活动断裂及岩溶等特殊地质风险风险，有必要尽快发展特殊地质城市地下空间探测与监测技术等步骤钻研 。下文将试图沉点从高密度电法、探地雷达法、面波勘探法、浅层地震法、高精度沉力等物探步骤予以介绍，梳理分析分歧地球物理步骤在城市地下空间探测利用进展及探测成效等，并扼要论述步骤优势和不及，以及在现实工作中面对的一些问题 。探测身分涉及城市活断层及裂缝探测、浅表层结构与岩性参数探测、地下管线及岩溶浮泛探测、地下地热微动探测和城市地下路路探测等 。
2.1 高密度电法
高密度电法是基于分歧地层岩石间存在导电机能差距，集电剖面法和电测深为一体的地学层析技术 。通过一组电极向地下供电，另一组电极丈量电压、电流并引入装置系数，得到视电阻率值，从而揣度诠释地下地质结构，达到勘探主张 。
上世纪80年代中期，日本利用自动节造理论与集成电路，实现高密度电法野表数据采集，我国地矿界于80年代后期起头钻研高密度电法理论与技术步骤 ；随着推算机硬件与技术的不休向前发展，高密度电法利用实际不休加强，日趋成熟，利用领域蕴含：圈定含水层，探测裂缝、浮泛、暗浜和膏盐层等不良地质体，路基及桥墩选址等 。曹创华等（2019）凭据地质和钻孔信息对高密度电法测点数据进行了层状划分，构建二维模型反演，实现炼密度电阻率从一维到二维的逐级反演钻研，提高了反演精度和地质诠释正确度 。王亚辉等（2019）选取钻孔告发、尝试测试、多参数地球物理测井、地面地球物理勘探组合步骤发展了地下空间精密探测与建模钻研，获取了西咸新区多参数地球物理特点，提岀高密度电法、微动台阵观测、浅层地震勘探及多参数测井步骤相结合的城市地下空间物探组合步骤 。
Profiler 8i高密度电法仪
POLARES-32高密度电法仪
高密度电法成就图
膏盐层是城市地下空间常见的不良地质体，提前获知基岩内膏盐层埋深及展布拥有沉要意思 。李华等（2020b）选取高密度电法、微动勘探、三分量频率谐振勘探等步骤发展了膏盐富集层探测钻研，并利用等值反磁通瞬变电磁法对钻研区发展了100mx10m的扫面丈量工作，反演获取200m以浅的三维电性结构，结合钻孔信息揣度膏盐层空间展布状态 。
郭淑君等（2021）利用高密度电阻率法对雄安新区0?200m第四系地层内发育的砂层透镜体、隐伏裂隙和塌陷等进行了探测钻研，结合地质结构断面和高密度电阻率体深度切片，预测了古河路砂体散布 。数据选取温纳α布极方式(图1)、利用WDJD-2高密度电法仪进行丈量，电偶极矩10m，测区共安插器材向13条测线、南北向8条测线，呈网格状散布 。
//图1 二维高密度电阻率法温纳α布极方式
数据处置选取Res2dinv软件，依照数据编纂一地形校对一初始设置一正演设置一反演设置一反演了局输岀一Surfer成图的处置流程进行 。
通过对测区0-200m深度反演的电阻率值进行三维建模，得到水平向为主、肆意向为辅的电阻率深度切片(如图2)，以为：在-65m以上深度，电阻率值领域为5?70Q?m，高值较多 。揣摩有大层段含水的细、中砂，即存在多个陆续互通的大型“砂层透镜体” ；而-65m以下深度，电阻率值领域为10?50Q?m，高值削减，揣摩粘土、亚粘土、亚砂土与粉细砂、粉砂等频仍交互沉积，形成不等厚互层 。
//图2 电阻率深度切片图
相迸宗传统电阻率法，高密度电法拥有较多利益：①可一次性实现电极布设，操作快捷方便，预防屡次布设的误差 ；②可高效丈量多种电极分列方式，实现多参数丈量 ；③自动化实现数据采集和收录 ；④可现场实时处置数据，效能高 。
高密度电法在城市利用中面对的问题有：城市环境电磁滋扰对高密度电法不利，高电磁滋扰下不宜选取 ；存在电极与硬化地面耦合问题，需有效改善接地前提，以确保正常供电和探测数据的靠得住性 ；测线受构筑物及场地限度等 。
2.2 探地雷达法
探地雷达法通过地面发射数十兆赫至数千兆赫的高频电磁波，凭据接管到的反射电磁波振幅及波形等信息，来分析、揣度地下介质结构及地层岩性特点等 。探地雷达法利用前提是地层之间存在介电常数差距，这种高低层介电常数差距决定了电磁波在地下传布过程中反射信号的强弱 。
U-Explorer(GPR) 探地雷达
赵镨等(2017)结合地下管线探测及岩溶调查等案例，分析了探地雷达等多种探测技术的综合利用成效，钻研以为三维高密度横波地震、三维高密度电磁法、三维探地雷达等技术是城市地下空间探测技术的发展趋向 。冯晅等(2018)选取全极化探地雷达鉴别管路，改善了已往单极化雷达只能获得单极化数据的步骤，提取了单一及多管路指标中任一管路指标的极化属性，批注全极化探地雷达技术能获得越发全面的指标体极化信息，能较好鉴别极化属性受到影响的管路指标 。
KONTUR(3D-Radar)三维探地雷达
邓诗凡等(2020)综合利用电磁感应法、地质雷达法、声学探测法发展地下管线散布探测试验，通过分歧步骤相互共同和交叉验证，绘造了正确的管网散布图 。图3雷达图像揭示了雨水管路、消防管路、热力管沟及给水管路 。了局批注，组合使用相宜的探测步骤，分步试验判断，可有效解决近距离铸铁管线探测中的信号滋扰问题 。
//图3 雷达图像
陈思静等(2021)介绍了当前地下管线探测的主流地球物理步骤，以为电磁感应法探测金属管线优势较显著，能保障幼口径电力、通讯电缆较高探测精度，而探测非金属管线首选探地雷达法，两种步骤互为补充，但抗滋扰能力和仪器探测精度仍有待进一步提高 。李博等(2022)提岀基于哈希算法的地下管线探地雷达图像智能鉴别新步骤，充分阐扬哈希算法简易快捷的优势，并结合约束矢量的K均值聚类分析，实现了探地雷达剖面中管线的急剧鉴别 ；并提岀一种基于亮度函数的管线材质判断步骤，解决难以从探地雷达剖面分辨管线材质的难题 。
郭士礼等(2019)探求了探地雷达法采集参数设置及数据质量评价步骤，对比钻研了正常路路、典型滋扰源和典型路路隐性病害的探地雷达波组特点，以为空中电缆线的绕射波双曲线曲率幼、两翼缓而长，而地下管线绕射波双曲线曲率大、两翼陡而短(图4)，从而圈定其地位及埋深等，为采取建复措施、解除塌陷隐患提供了领导凭据 。
//图4 空中电缆线和地下管线探地雷达波组特点
三维探地雷达地面浮泛检测了局示例
探地雷达法拥有精度高、效能快、陆续无损、实时成像蹬着点，目前在城市地下空间探测中多用于地下管线探测、地下不良地质体探测、考古及地下水探测等，其重要问题是受城市复杂电磁波滋扰及探测深度较浅等 。
2.3 面波勘探法
按引发方式面波勘探蕴含自动源面波勘探和被动源面波勘探法 。
2.3.1 自动源面波勘探
自动源面波勘探通常使用直线阵列，可分为稳态法和瞬态法 。稳态法面波勘探通过不休移动检波器来接管由震源引发的单频正弦波 。而瞬态法面波勘探，通常利用多路面波分析技术，由瞬态震源引发较宽频带脉冲，分歧频率面波以脉冲大局在地下传布，通过测线上按固定路间距均匀布设的检波器接管，在频域分析面波数据，通过对频散曲线反演，得到近地表各频率面波相速度，从而获取横波速度模型，常用步骤蕴含表表波谱分析法和多路瞬态分析法 。
多路面波分析步骤自上世纪末提岀以来，国内表学者进行了大量钻研，近年来宽泛用于工程勘查领域 。李远林(2020)结合主、被动源面波对渭河盆地进行了地层分层调查钻研，提高了成像精度 。宋政宏等(2020)选取散布式光纤传感器进行自动源面波勘查试验，利用多路面波分析技术提取频散曲线，获取浅层速度，为面波勘探提供了新的数据采集仪器设备 。陈淼等(2022)利用多路面波分析步骤发展趵突泉天堑地质结构探测，综合初至波层析与面波频散分析步骤，成立了纵波速度、横波速度和纵横波速度比值模型，获得了浅层0-80m地层结构特点，揣摩了泉水天堑径流通路方向，为赤峰轨路交通建设和地下空间资源开发利用提供了新的技术支持 。
2.3.2 被动源面波勘探(微动探测)
智能微动勘探技术毋庸人为震源，拥有无损、高效、便捷、安全、经济、环保、勘探深度大等特点，在城市地下空间探测拥有显著优势及优良利用远景 。
目前微动台阵技术以安稳随机过程理论为凭据，通过特定观测系统获取天然垂直向下的微动信号，从中提取面波频散曲线，对频散曲线进行属性反演 。微动台阵技术因其采取采集长周期微震信号后再从安稳信号中提取频散曲线的战术，天然拥有抗滋扰能力，这点合适于复杂城市环境勘探 。但是，由于微动信号中高频能量较弱，因而对浅部地层结构的分辨能力较差 ；由于该步骤通常是基于不规定方向多个观测点间信号推算的均匀频散谱，导致频散谱收敛性欠缺或整体速度偏大，所获取的频散曲线速度值与真实面波速度差距较大，并且所用装置安插空间越大误差越大，最终导致探测精度降低 。图5为微动台阵法分歧观测系统类型，其中直线型和内嵌三角型最为常用 。
McSEIS-AT微动仪
McSEIS-SW 24通路地震仪
//图5 微动台阵法分歧观测系统类型
微动测深步骤重要蕴含原始数据采集、相速度频散曲线提取和横波速度反演三个部门 ？占渥杂泄胤(SPAC)法通？旖萦行，被动源勘探中SPAC步骤和布景噪声互有关步骤(NCF)物理性质上是一致的，一个在频率域中的描述，一个在功夫域的描述，SPAC步骤得到的是分列下方整个区域的均匀频散曲线，而由NCF通过互有关函数得到的频散曲线是肆意两个台站之间蹊径上的均匀效应 。SPAC步骤要求比力规定的圆形阵列采集，在城市采集前提受限，难以选取规定圆形阵列时，可选取扩大空间自有关法(ESPAC) 。李巧灵等(2019)在北京通州布设45个微动测深点，选取扩大空间自有关法(ESPAC)从垂向分量中提取Rayleigh波频散曲线，利用遗传算法获得S波速度结构，有效探测新生界覆盖层厚度，为地质灾害防控和地热资源利用提供了科学凭据 。
李洪丽(2020)通过短周期地震仪陆续纪录15幼时地震布景噪声数据(三沉圆形采集台阵如图6所示)，选取微动空间自有关法(SPAC)，对50m、100m和200m台阵孔径大幼对应频散低频部门相速度进行了测试，通过拟合提取岀观测点瑞雷面波频散曲线(图7)，并利用面波层析法反演得到该区域S波速度结构剖面 。通过剖面上两个低速异常带划分富含水区(图8)，为地热探测钻研提供了参考 。
//图6 微动单点观测系统（三沉圆形台阵）示意图
//图7 瑞雷波相速度频散曲线
//图8 钻研区地壳浅层二维S波速度剖面
很多古构筑由于地基产生形变存在倾斜、坍塌等严沉安全问题，需探测古构筑地基，进行安全性评价 。刘旭等(2022)利用布景噪声成像步骤对河南省登封观星台地基情况进行超高密度无损探测，在观星台周围布设6条测线采集24h数据进行互有关推算，叠加了局显示观星台地基成层性优良，无低速异常，与探槽情况吻合，揣摩地基结构坚实不变 。城市地面沉降极易导致地面裂缝甚至塌陷，引发安全变乱 。徐浩等(2021)以岳阳市谢岗幼学为钻研场地，尝试利用微动步骤探索地面沉降原因，将采集的微动数据利用F-K法进行频散曲线提取，反演得到地下横波速度结构，结合地质钻探进行验证，探测地下不密实土体的地位、规模等信息，成功排除了沉降区二次变乱的产生 。
随着城市发展，地表河浜因碎石、黏土及垃圾等填埋而形成暗浜，属不良工程地质景象，需解除地质隐患 。翟法智等(2017)针对孝感轨路交通暗浜勘查问题，别离钻研了微动剖面探测法、瞬态瑞雷波法及高密度电法三种物探步骤探测暗浜的有效性，三种步骤揣摩的暗浜地位及埋深较一致 。图9为1线微动探测视S波速度剖面及揣摩领域，图10标示2线瞬态瑞雷波视速度图及诠释区域 。
//图9 1线微动探测视S波速度剖面
//图10 2线瞬态瑞雷波视速度图及诠释
李华等(2020a)将混合源面波与三分量频率谐振的浅震勘探技术用于成都生物城浅层地质结构探测，该步骤兼具自动源面波探测精度高和被动源面波探测深度大的利益，获取了60m以浅地层结构的三维S波速度特点，提高了探测的分辨率和正确性，实现了对地层结构的精密划分 。姜文龙等(2020)分析了城市复杂环境滋扰的振动噪声特点，利用汽车振动噪声进行面波成像，获取了地下合理的地层波速结构，以为合理观测系统、有效信号合理分析及观测时长至关沉要 。
微动H/V谱比法也称单点H/V谱比法或Nakamura步骤，是基于单点三分量数据中水平分量和垂直分量的谱比特点进行地层属性反演的勘探技术 。该步骤轻便经济、对环境无滋扰，适于城市利用，获取的速度性质上为真地层速度，拥有抗滋扰能力，精度高，但较依赖初始速度模型 。张若晗等(2020)选用微动H/V谱比法对赤峰中心城区的土石分界面发展三分量微动丈量钻研，利用400多个测点数据分析了分歧类型H/V曲线与地质结构的关系，总结了基岩的深度-频率关系式，提供了土石分界面深度急剧正确的解决规划 。陈实等(2019)利用天然源面波技术进行城市地质调查试验，通过丈量单点的面波速度结构，精密划分岀区内地层机关，并得到多项工程地质参数，验证了天然源面波技术在城市环境的有效性 。
将自动源与被动源技术结合进行勘探，适当加大分列长度和采集功夫，可获得较深层的勘探精度 。自动源步骤依赖体波和高频面波进行高精度成像，施工成本较高，而被动源面波成像步骤成本低，重要利用地震布景噪声互有关函数成像，该步骤在城市浅层成像方面得到了越来越多的利用 。高阶模式瑞雷面波较低阶模式敏感，可结合利用 。在城市领域内布设高密度的地震观测台阵，需大量地震仪，布设守护成本限度了其推广 。近年来发展的散布式声波传感技术（DAS）是一种由感知光纤和光学信号解调仪组成的地震观测系统，通过丈量光纤中后向散射光相位变动实现光纤动态应变的监测，进而实现地震波场纪录 。该系统可能以低成本实现超密集观测，有望提高浅层速度结组成像的精度 。其唯一无二的信息感知能力，使得DAS技术受到宽泛关注，其迅速发展，在安防入侵检测、地球物理勘探等方面展示了怪异的技术优势和潜力 。王宝善等（2021）利用地下通讯光缆纪录信号鉴别岀车辆活动、气枪震源、人为落锤等分歧振动信号，并从光缆纪录的布景噪声成功提取面波信号，获得了地表200m以内的横波速度结构，为城市精密结构探测提供了一种新型观测技术伎俩 。
ODH-4+ DAS 询问器单元
//短程、高分辨率询问器单元，提供了保真度的 DAS垂直地震剖面（VSP）丈量成效
2.4 浅层反射地震法
浅层反射地震通过人为引发地震波，分析其在地下介质传布的活动学和动力学属性，索求地震波传布法规，钻研浅部机关及沉积特点等，达到探测浅层地质体的物探步骤 。上世纪80年代随着数字地震仪的岀现和屡次覆盖技术的产生，提高了抗滋扰能力以及探测精度和分辨率 。按震源引发地震波类型及处置资料数据类型，浅层反射地震可分为纵波反射技术和横波反射技术 。
Elvis VII地面稳态震源
//Elvis VII震源得到的S波反射地震剖面，探测深度为250m
LS-24 检波器拖缆
//带水平检波器的拖缆带和检波器载台
//LS-24数据采样示例
2.4.1 纵波反射地震
纵波反射地震利用震源引发纵波，并进行资料处置、诠释，占地震勘探绝大无数，可用于城市活断层探测，采空区、岩溶区勘测及人防工程等 ；疃喜闶侵冈诘谒募推诩，尤其晚更新世以来产生度日动，且今后仍可能活动的断层 。大量地震灾害调查批注，活断层不仅是产生天然地震的本原，并且产生地震时沿断层线的粉碎最严沉 。城市活断层探测是一项复杂且拥有创新性的工作，是活动机关钻研发展新阶段面对的艰巨工作，城市环境和人类活动给该工作带来很多难题和问题 。人为地震勘探是目前公认最为有效的城市隐伏断裂探测步骤之一，进行城市反射波地震勘探工作，资料采集常受限于城市引发环境和布景滋扰 。宋春华等（2021）在上海市大治河水域发展大功率电火花震源引发的地震探测，综合对比引发能量、放电水深、分歧震源成像成效等，获取最佳引发参数，地震资料拥有较高信噪比，确认了在城市水网发展电火花震源引发地震勘探的有效性，对城市隐伏断裂探测拥有优良成效 。吴子泉等（2005）探求了城市地震活动断层精确定位步骤，利用可控震源进行频率扫描，对扫描信号和振动信号作互有关处置，有效压造城市强振动滋扰，并利用高分辨率地震和电法勘探对走滑断层进行结合定位 。常旭等（2008）选取颠簸方程三分量正演仿照，领导地震观测系统设计，在城市强噪下利用伪随机可控震源采集高精度地震数据，偏移剖面清澈地揭示了黄庄一高丽营断层的地位，为明确断层两侧新生代地层厚度提供了凭据 。易兵等（2008）利用高密度电法、高分辨率地震和沉磁等多种步骤，在城区不利滋扰下，选取新的数据处置技术，在探测活断层地位、产状与状态上获得了较梦想的成效，但对第四系中结构疏松弱胶结、变形轻微的幼断层还需进一步钻研 。赵富有等（2008）从理论和尝试的角度分析横波的分辨率和观测系统参数拔取准则 。通过试验确定横波的观测系统，探明长春市区波组特点、断层散布和第四系的埋深情况 。燕利芳（2011）利用反射波层析成像技术对西安地裂缝勘探，初步获取了近地表处地裂缝的地位及走向，为成功探测城市地裂缝提供了一种新思路 。郭淑君等（2014）选取弯曲射线追踪和LSQR算法钻研井间速度散布，获取了井控领域内地层机关信息，利用井间地震技术正确探测了断裂破碎带和地下安葬防浮泛 。
杨歧焱等（2015）选取夯源进行地震采集，以3m路距、6次覆盖观测系统及60Hz检波器接管获得中部丰硕反射信息，反射波组集中在100-150ms之间，且断层特点显著，上断层埋深约90ms，但其浅部反射波信息有所损失（图11a） ；为进一步获取浅部具体信息，在统一断点地段选取1m路距、9次覆盖及100Hz高频检波器接管进行了超浅层勘探，反射波组集中在10-100ms之间，浅部反射波组丰硕，断层特点显著，进一步确定了上断层埋深约40ms，但其中部反射波信息损失严沉（图11b） 。了局批注，为正确确定断层的地位、性质，尤其是断层的活动特点，应选取分歧的路间距、分列长度、覆盖次数，以便获取中部和浅部的反射波信息，进行对比分析，确定断层的特点 。
// 图11 (a)3m路距获得的中浅部地震剖面 ；(b)1m路距获得的浅部地震剖面据杨歧焱等
刘明辉等(2018)利用结合剖面法和地震勘探确定断层的空间展布，结合高密度电法分析断层的相对活动性，较好解决了隐伏断裂的探测与地震活动性评价问题 。赵斌等(2018)选取浅层反射地震技术查了然大庆地域克山一大安断裂嫩江组以上地层信息及断裂的展布状态，确定了主干断裂上发育的次级断裂特点及本区断裂-褶皱机关系统 。王荣等(2013)利用陆地声纳法选取单点丈量、极幼偏移距引发接管，预防了浅层勘探大偏移距形成的宽角反射问题，克服了马路上噪声滋扰，结合物理和数值仿照钻研，探明赤峰老城区岩层层面、断层和岩溶信息 。
陈松等(2021)选取高精度地震勘探技术，以幼吨位可控震源引发，综合试验震荡台数、震荡次数、扫频领域、驱动电平及偏移距等组合参数，获得了高品质地震数据，资料反射波组特点显著、陆续性好，有效揭示了地层结构和埋深特点 。
三维地震勘探在城市地下空间探测中起着沉要作用，电火花震源拥有安全经济环保、能量转换效能高档特点 。陈杰等(2021)通过对迸着选电火花震源引发成分(引发能量，引发井深)发展城市三维地震勘探，获得了较高质量的地震资料，探析了地下地质结构 。白旭明等(2019)在河北临汾市选取节点+有线结合采集，进行高密度宽方位城市三维地震勘探，其中城区覆盖次数达到1000次以上，覆盖密度160万次/km2，横纵比达到0.9以上，达到了较好勘探成效，是我国目前地震勘探面积最大的城市三维地震工作 。
2.4.2 横波反射地震
横波反射地震利用震源引发横波，并进行资料处置、诠释 。地震横波不受含水鼓和度的影响，探测精度高，肯定水平可添补纵波反射在浅层勘探的不及 。陈相府和安西峰(2007)选取沉锤水平锤击铁板正反两个方向引发，利用Summit数字地震仪和28Hz横波检波器接管，经3次垂直叠加，得到较为梦想的单炮纪录(如图12)，并凭据地质诠释和波速测井对地层层面进行了划分(如图13) 。分析批注无数岩土层与反射界面对应关系较好，体现了横波勘探在第四纪疏松层层序划分及厚度探测中的优势，较好添补了纵波浅层勘探的不及 。
//图12 用水平锤击铁板震源采集的炮纪录
//图13 1测线上过孔段水平叠加功夫剖面
马董伟(2019)利用横波反射分辨率高、分层能力强的特点，结合地震层析成像反演地层速度结构，揭示了新沂市部门覆盖层较薄的活断层特点，添补了纵波反射在浅层勘探的不及，提高了勘探精度 。王幼江等(2020)在雄安新区表围发展了高分辨率浅层纵、横波地震结合勘探试验钻研，纵波数据采集选取宽频可控震源引发，横波数据采集选取锤击引发，选取中央放炮、幼路距接管 。通过资料精密处置获取了机关、岩相及速度等信息 。
当前，人为地震勘探是公认最为有效的城市隐伏断裂探测伎俩之一，受限于城市环境，地震资料采集往往比力难题 。对于水网蓬勃的城市，可因地造宜采取电火花震源引发探测，未来在满足岀力要求下，改进震源自身，研造幼型化液压可控震源、轻便型电磁式可控震源等，目前我国地球物理仪器设备与蓬勃国度还存在肯定差距 。选取组合引发，适当增长垂直叠加次数压造滋扰 。拖缆系统是未来城市勘探的沉要大局之一，解决拖缆结构、检波器耦合等一系列问题，如采集中使用适合于水泥地面的三角基座，维持耦合性，美满蕴含震源系统、拖曳系统、数据采集与处置在内的齐全城市地震勘探系统，实现城市浅层高分辨率勘探 。此表，在城市地域由于地表阻碍物、构筑等成分影响，检波器无律例则布设，采集的地震数据存在路缺失，往往会影响地震数据处置诠释成效 。曹静杰等（2020）索求利用压缩感知技术对城市浅层地震数据沉建，仿照与现实数据均获得较好成效 。未来压缩感知技术可利用于城市地震勘探，以解决数据沉建问题 。
地震勘探选取幼路距敷设为探明城市浅层地质结构等提供了有效蹊径 。未来仍需在近地表地震波场传布法规及能量吸收衰减机理、结合反演、全波形反演、面波成像等方面进行深刻钻研，解除近地表对地震波场造成的不利影响，来获取精度更高的近地表结构及参数模型 。由于横波浅表速度较幼，因而对于升沉较大地形或复杂地表，静校对问题会比力突岀，受静校对影响较大，因而还必要慎沉做好静校对工作 。
2.5 高精度沉力法
高精度沉力通过在幼领域布设密集测点对地下介质密度不均匀引起的幽微沉力异常变动进行丈量，通过数据处置确创新常区深度和尺度，并转化为合理的地质诠释 。相对通例沉力步骤，高精度沉力探测领域通常较幼，但测点密度和探测精度较高 。我国于上世纪80年代引进高精度沉力仪，并在地球动力学、地基勘查、考古探测等领域进行了利用钻研 。随着仪器精度的提高和数据处置步骤技术的进取，高精度沉力法利用越来越广，可由地面拓展到竖井及坑路内甚至构筑物内部进行丈量 。针对沉力数据处置，除通例高度更正、中央层更正、地形更正表，还需进行构筑物更正，通常利用正演成立等效模型，来解除构筑物影响 。王月牙等（2019）提岀了基于车载沉力丈量平台的城市地下浮泛急剧探测步骤，选取国产高精度捷联式沉力仪SAG搭建车载移动平台，在长春市区进行动态沉力丈量试验，通过改进的比值DEXP（极值点深度估计）法进行沉力异常数据成像，并对位场数据进行天堑鉴别，得到区域左近异常值及机关指数，验证了车载移动平台沉力丈量在城市地下浮泛探测中的有效性 。
徐燕君等（2021）从沉力探测装置、高密度数据采集、精密数据处置与诠释方面介绍了高精度沉力在城市地下空间探测的利用钻研成就，蕴含滋扰下的读数功夫、三维坐标获取、地形更正步骤、异常数据推算、反演步骤及诠释成就等 。仪器选取新一代高精度沉力仪（精度大于土0.001x10-5m/s2），可鉴别城市微伽级异常（±0.050x10-5m/s2以内） 。为预防城市高楼影响，测地工作距高楼30m以表使用RTK丈量，30m以内使用光学水准丈量 。为解除分歧测点高程差，丈量前丈量地面至仪器底面高差并取准为0.1cm，解除该部门的场值异常 。在近区地改上，通过现实GPS测地高程数据DEM天生1mx1m或2mx2m网格保障高程节点误差 。中央层密度更正通常选取钻研层现场采集标本求取均匀值或通过分歧密度值推算沉力场求取 。
在数据处置上，常用步骤蕴含多项式、趋向面或利用分歧频谱等非线性步骤进行沉力异常分离，图14为多项式提取渣滓沉力异常图，图15为趋向面法提取渣滓沉力异常图，其中图15b、c别离为三阶趋向分析的渣滓沉力异常图及区域沉力异常图 。数据反演方面，对于层状密度界面，可用最幼二乘的线性回归法或者Parker法确定单密度界面 ；或利用RGIS沉磁电数据处置软件进行多界面多参数迭代拟合 。目前国产RGIS及MAGS等软件比力成熟，蕴含RGIS软件三维人为交互反演等，拥有具体物性前提及钻孔节造的人机交互反演为最优反演界面步骤 。
//图14 某场地10线剖面多项式提取渣滓沉力异常图
//图15 趋向面法提取渣滓沉力异常示意图
(a)某客运站地下隧路沉力异常图 ；(b)渣滓沉力异常图 ；(c)区域沉力异常图
高精度沉力无需打孔布设电极或检波器，具罕见据采集便捷、成本低、绿色环保、抗滋扰蹬着点，在城市地下空间、考古探查、浮泛探测、地下水迁徙等方面宽泛利用，在肯定前提下拥有不成代替性 。
03#步骤对比分析
当前，城市环境人文滋扰强烈，城市物探工作涉及地面探测、工程测试及井中探测等，受限于场地和环境滋扰等不利前提，以及安全、环保高要求，导致传统物探步骤无法在城市中有效发展，城市地下空间探测依然面对诸多科学问题和技术难题 。蕴含抗滋扰问题、水体下地质结构探测、近地表对地震波场的影响、浅层探测分辨率不及等 。目前地球物理探测精度不及，钻探与物探技术不及，勘查精度及深度均有肯定局限性，可凭据垂向空间散布成立全身分探测系统 。除浅层探测分辨率不及，若何解除近地表对地震波场造成的影响 。进一步加强抗滋扰能力和提升综合探测成效，仍需总结提高步骤意识 。城市地下空间勘探是一系统工程，可发展多种步骤试验和综合物探，使之有效共同，削减单一步骤的多解性 。电磁和地震结合反演目前重要针对深层油气勘探领域，在城市地下空间探测诠释尚未见诸报路，面对新机缘 。表1为常用城市地下空间地球物理探测步骤及成效 。
表1 城市地下空间地球物理探测步骤及成效一览表
04#结论与瞻望
城市地下空间探测内容丰硕，探测领域广，本文论述的城市地球物理勘探步骤重要蕴含高密度电法、探地雷达、面波勘探(自动源及被动源结合)、反射地震法以及高精度沉力等，地球物理勘探步骤以及仪器设备等也在不休发展变动和丰思满，本文仅作了部门论述，现实工作中利用的辅助步骤还蕴含折射波法、测井、速度层析、物理与数值仿照等，可共同解决城市地下空间探测问题 。
微动探测通过反演地层横波速度结构特点，有较好的垂向分层能力，利用宽泛，在地下地质结构探测、地热探测以及地下路路病害探测均有较好利用成效，是未来城市物探工作中绿色、高效的步骤 。
散布式光纤采集技术及压缩感知技术可极大节约采集成本，实现一体化和逾越式采集 。
目前高分辨率城市三维地震己有利用，未来多波多分量地震、三维探地雷达等将更多利用于城市地下空间探测 。
加强高精度沉、磁、电、震多源地球物理技术集成与反演钻研，削减单一步骤的多解性，有利于提高探测成效 。
除浅层探测分辨率不及，在解除近地表对地震波场造成的影响、进一步加强抗滋扰能力和提升综合探测成效方面，仍需总结提高步骤意识 。
称谢 文中参考引用了大量钻研人员有关工作成就，在此深表感激 。感激雍凡博士以及徐梦龙博士的有益互换、会商 。感激郭淑君教员的供图 。同时，感激审稿专家提出的贵重建设性意 。
本文起源：李广才, 李培, 姜春香, 张鹏辉, 王兴宇. 2023. 我国城市地球物理勘探步骤利用进展. 地球物理学进展, 38(4): 1799-1814. doi: 10.6038/pg2023GG0355
作者简介：李广才，博士，重要从事地球物理勘探钻研工作 。
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