基于無人機(jī)測(cè)繪-物探-鉆探組合技術(shù)的某場(chǎng)地第四系地層特征研究

陳濤 馬利濤 李磊

摘要：北方某巖溶區(qū)規(guī)劃場(chǎng)地包氣帶防污性能較差，為了查明該場(chǎng)地第四系地層特征，采用無人機(jī)航拍形成三維影像模型，通過地面調(diào)查驗(yàn)證形成地形地貌、基巖裸露分布等的地理地質(zhì)解譯圖，依此布設(shè)物探勘探線和鉆孔點(diǎn)位，獲取場(chǎng)地第四系地層巖性及厚度等分布特征，這一組合技術(shù)方法極大地提高了勘察效率和精度，可為本場(chǎng)地建設(shè)規(guī)劃及地下水環(huán)境保護(hù)提供準(zhǔn)確技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：無人機(jī)測(cè)繪-物探-鉆探組合技術(shù);北方巖溶區(qū);地質(zhì)填圖;第四系地層。

1 引言

無人機(jī)技術(shù)作為一種環(huán)境地質(zhì)調(diào)查新技術(shù)，近年來發(fā)展迅速，且越來越凸顯其可行性和優(yōu)越性[1]。本次研究通過對(duì)無人機(jī)航拍影像進(jìn)行地質(zhì)解譯，分析并獲取外業(yè)工作中需關(guān)注的地質(zhì)信息，最大程度地發(fā)揮無人機(jī)在地質(zhì)勘察工作中的輔助功能，進(jìn)而結(jié)合傳統(tǒng)地質(zhì)調(diào)查及勘察手段進(jìn)行研究，最終為本場(chǎng)地建設(shè)規(guī)劃及地下水環(huán)境保護(hù)提供準(zhǔn)確技術(shù)支撐。

2場(chǎng)地概況

研究場(chǎng)地位于太行山南段東麓，面積1.01km2，地貌屬于山西高原和華北平原的丘陵過度帶，區(qū)內(nèi)主要地貌類型有侵蝕剝蝕臺(tái)地亞區(qū)碳酸鹽巖臺(tái)地小區(qū)、侵蝕堆積臺(tái)地亞區(qū)黃土類土臺(tái)地小區(qū)，主要微地貌有河漫灘、殘丘、沖溝和黃土陡坎等。場(chǎng)地北側(cè)為一條季節(jié)性沖溝，僅在雨季可見表流，溝寬20～50m，切割深度10～20m，溝兩岸多見黃土陡坎，溝底多分布有卵石層，局部可見基巖出露，見圖1。

場(chǎng)地地表多被第四系地層覆蓋，局部奧陶系基巖地層裸露。第四系全新統(tǒng)（Q4）分布于場(chǎng)地北側(cè)沖溝及東南部，為人工堆積及新近沉積的雜填土、砂卵石及砂性土層;上更新統(tǒng)（Q3）分布于場(chǎng)地大部分區(qū)域，為沖洪積粉質(zhì)粘土、砂性土和砂卵礫石層;中更新統(tǒng)（Q2）分布于場(chǎng)地東南側(cè)，為沖洪積、冰積棕紅色、棕黃色粉質(zhì)粘土，含礫粘土及泥礫層。奧陶系地層呈單斜狀產(chǎn)出，傾角6～10°，巖性主要為各類灰?guī)r及白云巖，巖溶裂隙發(fā)育（見圖1）。

3無人機(jī)-物探-鉆探組合技術(shù)

3.1 無人機(jī)測(cè)繪及三維模型

通過無人機(jī)測(cè)繪技術(shù)獲取研究區(qū)的三維模型（圖2），可以360°無死角地快速展現(xiàn)研究區(qū)場(chǎng)地及周圍的真實(shí)場(chǎng)景，清晰地展現(xiàn)研究區(qū)地形地貌，結(jié)合地面調(diào)查直觀準(zhǔn)確地解譯出地表不同巖性。從圖像上直接讀取任一點(diǎn)的高程值及任兩點(diǎn)間的高差、坡度和坡向等信息，結(jié)合傳統(tǒng)鉆探及物探手段，可極大地提高工作效率及調(diào)查精度，為調(diào)查與評(píng)價(jià)提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐。此外，無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)能獲得多角度高分辨率影像，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理得到的真三維模型是可量測(cè)的，能直接進(jìn)行量測(cè)獲得地形圖[2]，本次研究在三維模型及正攝影像基礎(chǔ)上完成1：2000地形圖的繪制，可作為本次評(píng)價(jià)工作底圖。

3.2 輔助地質(zhì)調(diào)查

傳統(tǒng)地質(zhì)填圖主要以采用穿越及追蹤的方式[3]，調(diào)查點(diǎn)數(shù)按規(guī)范要求需達(dá)到相應(yīng)數(shù)量。本次工作充分打破傳統(tǒng)思維，充分利用研究區(qū)三維模型，在野外工作開展之前，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)圖對(duì)三維模型從宏觀角度進(jìn)行地質(zhì)解譯，快速分辨出基巖露頭分布位置及范圍，并結(jié)合地形地貌特征，推測(cè)第四系巖性及地層（如圖3）。經(jīng)地質(zhì)解譯后，再針對(duì)關(guān)鍵位置有針對(duì)性地開展現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和驗(yàn)證，進(jìn)而快速整理形成研究區(qū)地形地質(zhì)圖（圖4），該調(diào)查工作方式可顯著提高工作效率。

3.3 輔助物探、鉆探

在地質(zhì)調(diào)查基礎(chǔ)之上，根據(jù)第四系松散層分布情況，選取適當(dāng)位置補(bǔ)充鉆探及物探工作，以充分查明本區(qū)第四系厚度及巖性發(fā)育規(guī)律。以三維模型反應(yīng)的實(shí)際地形來充分指導(dǎo)鉆孔和地面物探線布設(shè)（圖5），使鉆探與物探成果相輔相成。由于場(chǎng)地沖溝兩側(cè)陡坎較深，可作為良好的地質(zhì)剖面，將鉆孔布設(shè)在陡坎之下可極大壓縮鉆探工作量，從三維模型上可快速量取陡坎高差（圖6），進(jìn)而結(jié)合鉆孔準(zhǔn)確繪制地質(zhì)剖面圖。

地面物探采用高密度電阻率法，通過電阻率差異來區(qū)分第四系松散層和基巖，物探線主要布設(shè)在研究區(qū)內(nèi)第四系松散層覆蓋區(qū)。為提高物探工作精度和效率，結(jié)合三維模型可迅速識(shí)別地形地貌特征，有助于物探線選在平直且通視良好的位置。

3.4 第四系松散層厚度及巖性分布

依據(jù)本次工作地質(zhì)調(diào)查、地質(zhì)鉆探及地面物探成果資料，對(duì)研究區(qū)內(nèi)地表覆蓋的第四系松散層厚度進(jìn)行整理劃分，進(jìn)而形成第四系厚度等值線圖（圖7）。

由圖7及巖性厚度統(tǒng)計(jì)可知，研究區(qū)內(nèi)第四系松散層以粉質(zhì)粘土及砂卵石為主，其中除沖溝地表以砂卵石為主外，其它第四系覆蓋區(qū)巖性以粉質(zhì)粘土為主。第四系厚度大致呈南薄北厚，北側(cè)靠近沖溝區(qū)域厚度較薄的變化規(guī)律，中間地帶第四系松散層厚度較大，最厚處可達(dá)30.0m。

4結(jié)束語

在場(chǎng)地環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中，應(yīng)用無人機(jī)測(cè)繪技術(shù)充分輔助地質(zhì)調(diào)查、地質(zhì)鉆探及地面物探組合技術(shù)，可大大提高場(chǎng)地第四系地層勘察精度和效率，具有一定的推廣意義。通過開展本項(xiàng)工作，詳細(xì)掌握了研究場(chǎng)地第四系地層巖性及厚度分布特征，可為場(chǎng)地規(guī)劃建設(shè)及地下水污染防治提供準(zhǔn)確技術(shù)支撐。

參考文獻(xiàn)

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[3]姚春亮，夏慶霖，張曉軍等.傳統(tǒng)填圖法在半覆蓋區(qū)的改進(jìn)—第四系巖性填圖法，[J]，地球?qū)W報(bào)，2020，38（4）：549-559。