地下空间开发中的矿山地质物探技术分析与研究

郝志超 曹泽勇 霍立军

摘 要：在城市化进程不断发展的背景下，城市地面空间日益匮乏，严重影响了城市化健康、稳定的发展。促使城市建设开发方向转向地上空间和地下空间开发。特别是地下空间开发是目前很多城市主要的发展内容。在城市地下空间开发中，会受到地层结构、地下管线、建筑物地基基础支护等因素的影响。基于此，本文结合理论实践，以城市地下开发空间的必要性和意义为切入点，分析了矿山地质物探技术的特点，并提出其在地下空间开发中的应用。

关键词：地下空间开发;矿山地质物探技术;地质勘探;管线调查

中图分类号：TD15 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）02-0182-02

目前我国地下空间所包含的地物包括：交通系统，如地铁、轻轨、停车设施等;管线系统，如给排水、煤气、电力、热力等管线;商业娱乐系统，如地下商场、地下娱乐场所等;仓储系统等。这些地下空间都具有很强的综合性和系统性，需要采用合理的地质物探技术才能掌握地下地质实际情况，为地下空间的开发利用提供更加真实有效的数据。

1 城市地下空间开发的必要性和意义

近年来，随着我国社会经济的不断发展，城市化水平不断提升，大量农村人口涌入城市，导致土地资源逐年提升，因此，开展地下空间开发研究就显得尤为重要。其必要性主要体现在以下几个方面：1）拓展城市空间容量，并调节城市土地利用强度分布，是实现城市空间资源利用有序化的主要手段;2）是建立现代化的城市综合交通体系和城市防灾救灾的综合空间体系的主要途径;3）地下空间开发是城市基础设施现代化建设的主要方法;4）针对处于城市地价峰值的CBD区域，还能有效缓减土地稀缺，改善空间环境。因此，在具体城市开发中要严格遵循有序化、集约化、可持续化的原则。

2 矿山地质物探技术特性

矿山地质物探技术具有的特性主要体现在以下几个方面：

第一，具有较强的综合性和系统性。矿山地质物探技术在运用时需要多种技术和理论的共同支持，才能完成勘探任务。特别是地下空间开发中应用时，不但涉及到技术问题，同时还需要社会、环境、经济等方面的支持，才能为城市地下空架开发建设带来更大的经济效益和社会效益[1]。

第二，手段比较先进，技术种类比较丰富。随着我国勘探技术的不断发展，各项技术愈发先进。综合物探技术的种类逐年增多，勘探手段日益先进，在具体应用过程中需要很多地下空间的实际情况，选择有针对性的综合物探技术，才能创造出更大的综合效益。

第三，在投资方面的要求低，并需要大量人力、物力、财力的投入，但勘探效果非常显著，勘探时间也比较短。在地下空间开发时应用矿山地质物探技术，可进行实施动态监测，从而提升地下空间开发勘探的可行性和科学性。

3 地下空间开发中矿山地质物探技术的应用

3.1 矿山地质物探技术应用原则分析

大量实例表明，地质物探技术的发展，和地下空间资源开发和利用有非常紧密的联系。比如：通过利用物探矿山地质物探技术为地下空间资源的水文地质条件、开发可行性报告等提供真实有效的参考依据。因此，在具体应用矿山地质物探技术时要严格遵循以下原则：

第一，坚持理论和实践相结合的原则，对地下空间综合物探相关数据，进行全面科学的模拟实验，最大限度上提升综合物探结果的可靠性，进而全面获得地下空间地质结构资源。

第二，坚持局部连续整体的原则，城市地下空间在开发利用时具有很强的综合性和系统性，容易受到地质复杂多变等因素的影响，为提升勘探的准确性，就需要把地下空间资源的整体现场和局部进行紧密连接，從而实现点、线、面一体化的勘探，为后期地下空间开发和利用提供数据支持和理论指导。

第三，严格坚持传动手段和现代技术相互结合的原则，虽然物探技术的快速发展，为矿产资源开发、地下空间勘探等方面提供了基础，但传统勘探手段有其独特的优势，二者紧密结合可大幅度提升勘探的效率和准确性。

3.2 浅层地震勘探技术的应用

浅层地震勘探技术是城市地下空间开发时常用的勘探技术，主要应用在地下空间地层结构、基地结合形态、断层位置等勘探中。勘探原理是：利用地震波在不同岩层或者土层传播的特征为依据，来进行地层浅部10～100m内的地质构造和岩土物理力学参数。常用的方法有反射波法、瑞利波勘探法、常时微动观测技术等，具有很高的精度，成本相对偏高。

某地下空间开发中应用了浅层地震勘探技术，勘探结果剖面图如图1所示。

图1中横坐标为探测的水平距离（m），纵坐标为探测深度（m），通过图1可知，该地下空间基岩面反射信号比较清晰，在180CDP的基岩面反射波的能量发生明显衰减，导致相位中断，可判断出此点为断点异常，异常显示表明基岩顶面东高西低，落差相对比较小，断层位于距测线西端655m的位置，属于典型的西倾正断层，断层两侧落差在4m左右，断层宽度大约为10m。在地下空间开发时要尽量避开此断层，以确保地下空间建设质量[2]。

3.3 地磁感应法勘探技术的应用

地磁感应法勘探技术主要应用在地下空间管线调查中，可通过地下管线和周围介质的导电性或者是导磁性的差异原理来掌握地下管线分布情况。具体做法为：通过人工激发的方式，促使管道通电运行，并在地面设置交变电磁场接收装置，来全面接收磁场分布情况。研究表明通过应用地磁感应法勘探技术，可全面、立体、直观的对地下管线分布情况进行定位[3]。除此之外，针对地下空间中敷设的金属管线，还能相应的用管线探测仪进行全面综合勘探，从而更好掌握探测区域地下管线的分布情况，为城市地下空间的开发和利用提供数据支持。

地磁感应法勘探技术和传统地下管线探测技术相比，可有效解决开挖式探测的弊端，实现无损探测，是目前各大城市地下空间开发探测时常用的技术之一，既能大幅度提升地下管线探测的精度，还能有效提升探测的效率，降低探测成本。

3.4 探地雷达技术的应用

探地雷达技术的应用原理是在地面发射106～109Hz的高频短脉冲电磁波，遇到典型差异的地下地层或者目标体反射时，会重新返回地面由接收天线进行接收。高频短脉冲电磁波在地层中传播时，其路径、电磁场强度和波形会随着介质的电性或者几何形体进行变化。因此，通过对时域波形的采集和处理，可确定地下界面的实际空间位置以及结构，具体应用示意图如图2所示。

和其他勘探技术相比，探地雷达技术最明显的特点是分辨率比较高和工作效率比较高，是目前物探中常用一种勘探技术，在各大领域都有非常重要作用。针对地基勘探无法应用的探地雷达技术时，需要借助传统的钻孔技术来进行处理。从本质上而言，探地雷达技术属于一种光谱电磁技术，可良好的应用在地下空间介质探测中[4]。

3.5 高密度电阻率勘探技术的应用

在地下空间开发和利用中，如果前期设计或者施工缺乏科学性和合理性，就会增加地下空间发生次生地质灾害的概率，常见的次生地质灾害有：熔岩塌陷、地裂缝、地面沉降等。容易对城市社会的稳定和居民生命财产造成严重影响。通过高密度电阻率勘探技术可实现对次生地质灾害全面勘测，从而及时发现问题所在及时解决。其主要原理是：以地下介质的导电性差异为基础，通过A、B两个电极向地下传递电流，并测得M和N电极电位差△V，再根据公式Qs=K△V/I就可以计算出测量点的电阻值。高密度电阻率勘探技术具体应用流程如图3所示。

从图3中图中A、B为发射电极，M、N为测量电极。通过发射和接收电极极距的变化，反映电阻率随深度的变化。数据采集和资料处理是高密度电阻率勘探技术的主要内容，有效改变了传统电法勘探运行效率的问题，为实现地质勘探的智能化奠定了坚实基础[5]。当向地下空间施加直流电时，在地面可通过相应的仪器来观测地质结构电场分布情况和规律，从而真实有效的反映出地质状况。和常规电阻率法相比，高密度电阻率法在地下空间勘探时，可使用多种装置形式，即使在地质不均匀的探测中也可以取得良好的探测效果。

4 结语

综上所述，本文结合理論实践，分析了地下空间开发中的矿山地质物探技术，分析结果表明，在地下空间勘探中科学合理的应用矿山地质物体技术，特别是浅层地震勘探技术、地磁感应法勘探技术、探地雷达技术、高密度电阻率勘探技术等可有效提升勘探的精度和效率。也可以进行相互组合勘探，通过综合物探技术可同时发挥两种或者两种以上物探技术的优势，进而为城市地下空间开发和利用提供真实有效的参考数据和指导依据。推动城市地下空间开发事业不断发展，进而缓解城市用地紧张问题，改善居民生活环境。

参考文献

[1] 张丽，张家兴，罗晓春.综合物探技术在矿山地质勘探中的应用[J/OL].世界有色金属，2018，（16）：138-139.

[2] 江微娜.工程物探技术在矿山地质勘查中的应用[J].世界有色金属，2018，（14）：276-277.

[3] 张军辉.物探技术在矿山地质资源勘探中的应用探讨[J].世界有色金属，2018，（07）：136+138.

[4] 杨为圆.物探技术在矿山地质灾害勘查中的应用研究[J].世界有色金属，2017，（23）：208-209.

[5] 车海清，王全涛，肖秀明.矿山地质物探技术在地下空间开发中的应用[J].世界有色金属，2017，（06）：188-189.