賀轉(zhuǎn)利，何 禹

（1. 湖南省水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查檢測所，湖南 長沙 410014；2. 湖南省地質(zhì)調(diào)查所，湖南 長沙 410114）

0 引言

自2017年自然資源部發(fā)布《關(guān)于加強(qiáng)城市地質(zhì)調(diào)查工作的通知》以來[1]，從國家層面的自然資源部和中國地質(zhì)調(diào)查局到省級(jí)層面的自然資源廳以及地質(zhì)行業(yè)管理部門部署和開展了一系列城市地質(zhì)調(diào)查相關(guān)工作。2017年底自然資源部發(fā)布了城市地質(zhì)調(diào)查規(guī)范[2]，涉及到的地球物理探測工作主要有以下幾個(gè)方面：城市基礎(chǔ)地質(zhì)條件探測、城市自然資源調(diào)查與評(píng)價(jià)、城市地質(zhì)環(huán)境調(diào)查與評(píng)價(jià)、城市地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查等內(nèi)容。

城市地質(zhì)調(diào)查是城市開發(fā)的先行工作，是城市空間有效綜合利用規(guī)劃的基礎(chǔ)。自1999年開展國土資源大調(diào)查以來[3]，城市地質(zhì)工作從粗到細(xì)，呈現(xiàn)出快速發(fā)展趨勢，由國土資源部、中國地質(zhì)調(diào)查局牽頭先后試點(diǎn)完成了全國主要城市（群）環(huán)境地質(zhì)調(diào)查評(píng)價(jià)，以及與上海、北京、天津、廣州、南京、杭州等市政府合作，開展三維城市地質(zhì)調(diào)查，系統(tǒng)建立了城市地下三維結(jié)構(gòu)，建立了三維可視化城市地質(zhì)信息管理決策平臺(tái)和面向公眾的城市地質(zhì)信息服務(wù)系統(tǒng)。2004—2012年，國土資源部和中國地質(zhì)調(diào)查局統(tǒng)一規(guī)劃和部署，完成了全國主要城市環(huán)境地質(zhì)調(diào)查，初步查明了滑坡崩塌泥石流、地面沉降、水土污染、活動(dòng)斷裂、礦山地質(zhì)環(huán)境問題等各類城市環(huán)境地質(zhì)問題，摸清了地下水、地?zé)?、礦泉水、地質(zhì)景觀等地質(zhì)資源狀況。2009年開始，在國土資源部的統(tǒng)一部署下，采用部、省、市多方合作模式，完成了福州、廈門、泉州、蘇州、鎮(zhèn)江、嘉興、合肥、石家莊、唐山、秦皇島、濟(jì)南等28個(gè)城市地質(zhì)調(diào)查工作。2010年以來，為服務(wù)國家區(qū)域戰(zhàn)略和主體功能區(qū)劃的需求，組織開展了京津冀、長三角、珠三角、海峽西岸、北部灣、長江中游、關(guān)中、中原、成渝等重點(diǎn)城市群綜合地質(zhì)調(diào)查工作。2008年7月以來，湖南省地質(zhì)調(diào)查院承擔(dān)了長株潭城市群地質(zhì)環(huán)境綜合調(diào)查與區(qū)劃、長株潭城市群水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查等項(xiàng)目，目前，正在實(shí)施的有常德市城市地質(zhì)環(huán)境調(diào)查、益陽市城市地質(zhì)環(huán)境調(diào)查和岳陽市城市地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目[3]。

隨著城市地質(zhì)調(diào)查工作逐漸深入，地球物理探測技術(shù)也取得了一定科技成果。吳儀芳等[4]以銅陵市長江路大面積出現(xiàn)的地裂縫及塌陷為例，利用電法、磁法、人工地震等方法進(jìn)行多方法探測試驗(yàn)，得出采用淺層地震勘探為主的方法是有效探測手段；陳相府等[5]以廣州市城市地質(zhì)調(diào)查為例，指出利用地震橫波勘探結(jié)合波速測井進(jìn)行第四紀(jì)松散層層序劃分及厚度探測是可行的；李曉斌等[6]對(duì)常見的重、磁、電、震、放射性勘探實(shí)例進(jìn)行論證，證實(shí)了物探方法在城市地質(zhì)調(diào)查中具有良好的應(yīng)用前景；楊歧焱等[7]采用夯源為人工震源的淺層地震勘探方法對(duì)日喀則城市活斷層進(jìn)行了評(píng)價(jià)；韓術(shù)合等[8]利用三維地震、可控源音頻大地電磁法和瞬變電磁法對(duì)赤峰市煤礦采空區(qū)進(jìn)行了綜合探測，效果良好；陳實(shí)等[9-10]利用高密度電阻率法和天然源面波微動(dòng)勘探法在烏魯木齊進(jìn)行了調(diào)查應(yīng)用研究，對(duì)后期的城市地下空間資源探測工作具有指導(dǎo)意義；蔣波等[11]利用可控源音頻大地電磁、高密度電阻率、瞬變電磁和地質(zhì)雷達(dá)等方法技術(shù)對(duì)徐州城市主要斷裂帶分布位置和古河道等進(jìn)行了探測；王亞輝等[12]對(duì)大西安西咸新區(qū)利用綜合物探方法對(duì)城市地下空間進(jìn)行了探測和建模；周磊等[13]在湖南郴州市某城區(qū)進(jìn)行了利用等值反磁通瞬變電磁法對(duì)城鎮(zhèn)有限場地條件下物探方法找水試驗(yàn)研究。以上成果都不同程度推動(dòng)了城市區(qū)物探方法應(yīng)用的進(jìn)步，本文針對(duì)湖南特有的湖湘盆地城市電性的低阻覆蓋層下伏基巖結(jié)構(gòu)進(jìn)行探測試驗(yàn)，以期為城市地質(zhì)調(diào)查工作中的物探應(yīng)用工作提供經(jīng)驗(yàn)。

1 地質(zhì)概況

研究區(qū)位于洞庭盆地西南緣[14]，地理位置位于常德市鼎城區(qū)工業(yè)開發(fā)區(qū)，試驗(yàn)剖面東部為太陽山隆起，西部為武陵隆起，南部為沅江，研究區(qū)內(nèi)水系較為發(fā)育，出露地層較為簡單。

1.1 地層

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，本次工作研究區(qū)地表出露的地層主要為前第四紀(jì)基巖（包括青白口系Qb～古近系E）、第四系下更新統(tǒng)常德組、第四系中更新統(tǒng)馬王堆組、第四系全新統(tǒng)（圖1）。主要地層情況如下所述。

圖1 研究區(qū)地質(zhì)及物探試驗(yàn)剖面位置圖Fig. 1 Location map of geological and geophysical test sections in the study area

1）前第四紀(jì)基巖（Qb-E）。因常德市區(qū)及外圍大面積被第四系覆蓋，本次研究把元古界、古生界、中生界和新生界的古近系統(tǒng)一為前第四系基巖。其中，青白口系為研究區(qū)內(nèi)出露的最老地層，包括冷家溪群、板溪群，集中分布于研究區(qū)北側(cè)常德鼎城區(qū)太陽山一帶。南華系和震旦系僅分布于太陽山呈帶狀展布。寒武系為研究區(qū)內(nèi)分布最廣泛的地層，分布于研究區(qū)北西側(cè)，集中于石板灘鎮(zhèn)以東的連臺(tái)-槐樹崗-鐵家咀-觀獅堰、灌溪鎮(zhèn)以西的馬頭寺-馮家橋-樟樹灣、太平-龔家灣-李家-南堰，陬市鎮(zhèn)劉家坡一帶亦有少量分布。奧陶系分布于研究區(qū)內(nèi)北西角，主要呈北西向帶狀分布于石板灘鎮(zhèn)以西的金雞山-趙家灣、灌溪鎮(zhèn)周家-寨子山-長嶺崗水庫。白堊系集中于研究區(qū)內(nèi)西側(cè)灌溪鎮(zhèn)北西的桫木塘-福家山、吳家灣-寶鉦灣一帶，局部第四系分布區(qū)也有零星露底。古近系集中于研究區(qū)北側(cè)常德柳葉湖北北東側(cè)黃家沖-十字灣-肖伍鋪一帶。

2）第四系下更新統(tǒng)常德組（Qp1cd）。主要分布于丘崗-崗狀平原地貌區(qū)，呈面狀或帶狀展布，具體分布于河伏-灌溪鎮(zhèn)和丁家港-斗姆湖-草坪地區(qū)。地層出露標(biāo)高一般60～120 m，沉積物一般厚10～30 m，最厚可達(dá)70 m。巖性主要為礫石層夾少量透鏡狀砂層、黏土層等。由下往上沉積物粗細(xì)變化頻繁，內(nèi)部沖刷充填、侵蝕切割等現(xiàn)象十分普遍，為以辮狀河沉積為主的沖洪積扇狀體，內(nèi)部偶夾少量泥石流沉積。

3）第四系中更新統(tǒng)馬王堆組（Qp2mw）。在丘陵地貌，崗狀平原、波狀平原等地區(qū)都有分布，出露標(biāo)高40～150 m，地層厚度橫向變化較大，厚度3～20 m，一般在地貌發(fā)生截變處厚度變大。巖性主要為棕紅色、棕黃色網(wǎng)紋狀黏土、含（弱）網(wǎng)紋狀含鐵錳質(zhì)黏土，底部常見網(wǎng)紋狀礫質(zhì)黏土。其與下部地層（常德組、白砂井組等）為不整合接觸關(guān)系，常呈小角度披覆或大角度斜切下部砂礫石層。

4）第四系全新統(tǒng)（Qh）。發(fā)育于地勢相對(duì)較低的現(xiàn)代河流沖溝中，地層分布較為局限，厚度較小，厚2～9 m；多具河流二元結(jié)構(gòu)，下部為礫石層，上部為粉砂質(zhì)黏土層。

研究區(qū)內(nèi)深部有奧陶系白水溪組和寒武系探溪組、污泥塘組、牛蹄塘組等地層，主要地層情況如下所述。

1）奧陶系白水溪組（O1bs）。本組巖性簡單，以灰黃-淺灰綠色薄-中層狀粉砂質(zhì)泥巖為主，局部夾含粉砂質(zhì)泥巖、泥巖、條帶狀泥巖，底部夾泥質(zhì)灰?guī)r透鏡體，中部夾粉砂質(zhì)頁巖。體，中部夾粉砂質(zhì)頁巖。

2）寒武系探溪組（∈3-4t）。以砂屑灰?guī)r、粉屑灰?guī)r、泥晶含泥質(zhì)灰?guī)r、微晶灰質(zhì)白云巖、板狀頁巖等為主要巖性組合，整合于下伏地層污泥塘組之上。

3）寒武系污泥塘組（∈2-3w）。該組以中層狀、薄層狀條帶泥晶泥質(zhì)灰?guī)r、條帶狀粉晶灰?guī)r、粉屑灰?guī)r夾鈣質(zhì)泥巖、泥巖和鈣質(zhì)頁巖為特征，與下伏牛蹄塘組呈整合接觸，在灌溪鎮(zhèn)廖家灣偶見星點(diǎn)露頭。

4）寒武系牛蹄塘組（∈1-2n）。該組總體為一套深灰色、灰黑色（含）炭質(zhì)頁巖、條帶狀含炭質(zhì)頁巖、炭質(zhì)泥巖，薄層-中厚層狀含炭質(zhì)泥巖、含炭質(zhì)硅質(zhì)泥巖、含硅質(zhì)炭質(zhì)泥巖，夾粉砂質(zhì)泥巖，局部夾鈣質(zhì)頁巖和透鏡狀、似層狀硅質(zhì)巖。

1.2 地質(zhì)構(gòu)造

研究區(qū)前第四紀(jì)斷裂構(gòu)造主要分布于北西部太陽山-馬頭山一帶，主要生成于印支期、燕山期和古近紀(jì)。鑒于前第四紀(jì)地層分布在研究區(qū)北部，所有前第四紀(jì)斷裂都分布在研究區(qū)北部，其中，北北東向斷裂主要分布在太陽山凸起的兩側(cè)，具有規(guī)模大，構(gòu)造行跡醒目，多期活動(dòng)的特征，為不同時(shí)期區(qū)域應(yīng)力場或局限應(yīng)力場作用的產(chǎn)物；北東東-北東向斷裂規(guī)模較小，被北北東斷裂切割、限制較明顯。試驗(yàn)剖面附近的主要以研究區(qū)內(nèi)F3斷裂為代表（圖1）。河伏-石板灘斷裂（F3斷裂）為太陽山西側(cè)規(guī)模較大的斷裂，大體沿漸河延伸于河伏至石板灘一帶，研究區(qū)內(nèi)延伸長度18.5 km，走向NE10°～15°，斷面向南東傾斜，傾角50°～70°，呈正斷裂兼具走滑特征。斷裂在地貌上表現(xiàn)為平直的深溝或谷地，兩側(cè)地形及地層存在明顯差異，斷裂東側(cè)為太陽山西麓殘坡積物，水系不發(fā)育，斷裂西側(cè)為丘崗地貌，為早更新世砂礫石層組成的沖積扇體，發(fā)育垂直斷裂走向的羽狀水系。

2 地球物理方法技術(shù)及地球物理特征

2.1 地球物理方法技術(shù)

本次應(yīng)用試驗(yàn)研究工作在前期調(diào)研的基礎(chǔ)上，遵循“由表及里、由淺入深、循序漸進(jìn)”的工作思路，首先，進(jìn)行高密度電阻率法淺部探測；其次，在其基礎(chǔ)上進(jìn)行可控源音頻大地電磁法中深部探測；然后，為了對(duì)比試驗(yàn)增加了廣域電磁法進(jìn)行大深度探測；最后，利用天然場面波微動(dòng)新方法在擬布設(shè)鉆探位置從地震波速物性層面進(jìn)行了多參數(shù)探測分析。

2.1.1 高密度電阻率法

眾所周知，高密度電阻率法值陣列布設(shè)電極的高效率電法探測方法，是傳統(tǒng)電法測深的改良，具有較高的野外數(shù)據(jù)采集效率，目前，在城市地質(zhì)調(diào)查工作中應(yīng)用最為廣泛。本次研究中，為了探測近地表淺層100 m以內(nèi)的地層結(jié)構(gòu)，點(diǎn)距選取10 m，一個(gè)排列共布設(shè)60個(gè)電極，共計(jì)590 m，實(shí)行連續(xù)滾動(dòng)方式，采集的參數(shù)為視電阻率，因視電阻率是地層信息的整體反應(yīng)，采用Res2Dinv反演軟件對(duì)其反演，其中，正演利用有限差分法進(jìn)行計(jì)算，反演利用基于圓滑約束的最小二乘法進(jìn)行計(jì)算，利用重慶奔騰數(shù)控技術(shù)研究所研制的WGMD-4電阻率數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。本次研究是以探測地層分層為主要目的，因此，選擇縱向分辨率較高的溫納裝置[15]。

2.1.2 可控源音頻大地電磁法

因探測深度未穿透低阻覆蓋層，在高密度電法完成的基礎(chǔ)上，在探測剖面基礎(chǔ)上完成了可控源音頻大地電磁法?？煽卦匆纛l大地電磁法（以下簡稱“CSAMT法”）是在大地電磁探測基礎(chǔ)上發(fā)展而來的一種人工源頻率域測深方法，其信號(hào)強(qiáng)度較大，探測深度最深可達(dá)1.5 km，但其目前處理野外實(shí)測數(shù)據(jù)時(shí)一般采用“遠(yuǎn)區(qū)”數(shù)據(jù)，因此，收發(fā)距的布設(shè)是方法有效使用的前置條件之一。剖面與高密度電阻率法一致，點(diǎn)距20 m，利用曹創(chuàng)華等[16]以長株潭城市群地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目成果的新認(rèn)識(shí)，把供電源AB布設(shè)在測線剖面的西南部陬市鎮(zhèn)楊家巷村附近，供電線AB長1.04 km，AB線與測線剖面平行，收發(fā)距為9.8 km，觀測裝置為TM模式，采用儀器是美國Zonge公司研發(fā)的GDP32系列多功能電法工作站，發(fā)電機(jī)發(fā)射功率為30 kW，發(fā)射電流呈現(xiàn)出高頻低電流，低頻高電流的特點(diǎn)，電流最大為16 A，最小為3.5 A，采集數(shù)據(jù)頻率為0.125～8192 Hz。數(shù)據(jù)處理軟件Scs2D，具體處理過程有飛點(diǎn)剔除、靜態(tài)校正、地形改正和反演等步驟，采用以一維Bostick反演結(jié)果為初始模型的二維Occam反演方法進(jìn)行反演。

2.1.3 廣域電磁法

廣域電磁法由中南大學(xué)何繼善院士發(fā)明，是21世紀(jì)初發(fā)展起來的電磁探測技術(shù)。該方法采用人工場源，從電磁場精確的表達(dá)式出發(fā)，嚴(yán)格定義了廣域電磁法視電阻率參數(shù)，改善了非遠(yuǎn)區(qū)的畸變效應(yīng)，使得測深能在廣大的、不局限于“遠(yuǎn)區(qū)”的區(qū)域進(jìn)行，在同等收發(fā)距條件下勘探深度更大。該方法繼承了可控源音頻大地電磁法使用人工場源的優(yōu)點(diǎn)，以及磁偶源頻率測深法（以下簡稱“MELOS”法）非遠(yuǎn)區(qū)測量的優(yōu)勢；改良了CSAMT法遠(yuǎn)區(qū)信號(hào)微弱的劣勢，拓展了觀測適用的范圍，同時(shí)摒棄了MELOS方法的校正辦法；用適合于全域的公式計(jì)算視電阻率，保留了計(jì)算公式的高次項(xiàng)，大大拓展了人工源電磁法的觀測范圍，提高了觀測速度、精度和野外效率[17]。本次研究利用可控源音頻大地電磁法采集數(shù)據(jù)，而不使用磁道數(shù)據(jù)，僅利用電場標(biāo)量和地電場觀測參數(shù)進(jìn)行全區(qū)電阻率反演，利用頻率為0.125～8192 Hz全頻。

2.1.4 天然源面波微動(dòng)

因地球近地表人文活動(dòng)區(qū)域都有一種微弱的連續(xù)天然面波信號(hào)場源，自從20世紀(jì)50年代就有學(xué)者利用其探測計(jì)算地層的速度結(jié)構(gòu)。目前，主要利用低頻信號(hào)如由潮汐、海浪、氣壓變動(dòng)產(chǎn)生的信號(hào)和人文活動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)械振動(dòng)高頻信號(hào)，根據(jù)這些瑞雷面波特性處理反演得到的頻散曲線進(jìn)行推斷地下橫波速度模型[10]。本次研究利用北京水電物探研究所資助研發(fā)的WD-1型智能天然源面波數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集利用2 Hz檢波器10通道等邊三角形內(nèi)嵌布極方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，最大邊長為90 m、采樣間距為5 ms、迭代次數(shù)為600次。

2.2 研究區(qū)地球物理特征

2.2.1 常德市區(qū)域地球物理特征

區(qū)域1∶50萬重力測量資料顯示：研究區(qū)位于麻陽-常德-湘潭-衡陽弧形重力高的東部和南西邊緣，布格重力異常值為（-50～-10）×10-5m/s2。該弧形重力高與相應(yīng)的中生代紅層盆地輪廓基本吻合，相對(duì)基底有較大的質(zhì)量虧損，主要反映了變質(zhì)結(jié)晶基底隆起及莫霍面的抬升。

研究區(qū)內(nèi)航磁背景場為△T正異常，△T異常值在15～40 nT之間變化；航磁△T異?？傮w上在北西部和北東部小，從北部往南部，△T異常梯度變化由大變?。缓酱女惓５戎稻€由中部向北西方向和北東方向凸出。研究區(qū)內(nèi)航磁異常等值線方向與地層和構(gòu)造走向線不相協(xié)調(diào)，反映測區(qū)出露的第四紀(jì)地層具有低緩磁場或無磁性的特征。

研究區(qū)位于常德幔隆區(qū)，該幔隆區(qū)包括整個(gè)洞庭湖地區(qū)，常德-安仁轉(zhuǎn)換斷裂帶將其分為沅江、桃源兩個(gè)走向完全不同的局部幔隆區(qū)。研究區(qū)位于兩個(gè)次級(jí)幔隆區(qū)之間，常德-安仁轉(zhuǎn)換斷裂帶從研究區(qū)中部呈北西向通過，莫霍面埋深31～32 km，兩個(gè)幔隆區(qū)對(duì)應(yīng)于中生代洞庭盆地。

2.2.2 研究區(qū)巖石物理特征

本次試驗(yàn)的四種探測方法涉及到兩種參數(shù)，即電性參數(shù)電阻率和波速。

研究區(qū)內(nèi)的不同地層巖石電阻率統(tǒng)計(jì)見表1，其電性特征為：第四系全新統(tǒng)、中更新統(tǒng)馬王堆組、下更新統(tǒng)常德組呈相對(duì)低阻特征，其均值一般都小于300 Ω·m，若含礫石較多則電阻率相對(duì)高一些，而粉砂質(zhì)黏土成分多一些則呈現(xiàn)較低阻特征；此地區(qū)奧陶系白水溪組粉砂質(zhì)頁巖電阻率均值為1000.3 Ω·m，在此區(qū)域埋藏較深，含水量較少呈現(xiàn)出中等電阻率特征；寒武系探溪組白云質(zhì)灰?guī)r是本區(qū)探測深度范圍內(nèi)電阻率最高的地層，均值為2788.5 Ω·m；寒武系污泥塘組帶泥晶泥質(zhì)灰?guī)r相對(duì)電阻率變低，均值為1757.3 Ω·m，因其含有泥質(zhì)成分相對(duì)探溪組有所降低；而寒武系牛蹄塘組因含炭質(zhì)，相比區(qū)內(nèi)寒武系其他地層電阻率急劇降低，均值為798.2 Ω·m；當(dāng)隱伏的地層內(nèi)有斷裂構(gòu)造時(shí)，因上部覆蓋的第四系具有天然的湖湘盆地地表水滲透通道而呈現(xiàn)局部低阻特征。不同地層的物性具有一定差異，可以通過電阻率參數(shù)探測進(jìn)行研究區(qū)內(nèi)隱伏前第四系基巖的探測，用于圈定構(gòu)造等地質(zhì)異常體。

表1 研究區(qū)不同地層巖石電阻率特征表Table 1 Resistivity characteristics of different strata in the study area

研究區(qū)內(nèi)的不同地層橫波波速范圍見表2，場地內(nèi)出露地層主要為第四系，對(duì)于百米以內(nèi)的地表黏土、礫巖和基底的前第四系基巖具有明顯的波速差異，特別是第四系內(nèi)的含礫石層可以有效區(qū)分，說明此區(qū)內(nèi)具有開展天然源面波的前提條件。

表2 研究區(qū)不同地層巖石橫波速度范圍Table 2 S-wave velocity range of different strata in the study area

3 成果解釋及鉆探驗(yàn)證

3.1 成果解釋

對(duì)設(shè)計(jì)完成的G4剖面高密度電法的原始數(shù)據(jù)按照Res2Dinv軟件的輸入格式要求，拼接整理成一個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)文件（圖2）。利用基于圓滑約束的最小二乘法進(jìn)行反演，經(jīng)過地形校正得到圖2（a）中的結(jié)果。整個(gè)剖面在海拔-50 m以上電阻率值都較低，一般小于2000 Ω·m，結(jié)合地表地質(zhì)填圖調(diào)查結(jié)果，推斷大部分為第四系，且低阻特征比較連續(xù)，綜合表1結(jié)果，推斷在測點(diǎn)1920前和測點(diǎn)2450后的近地表均為中更新統(tǒng)馬王堆組網(wǎng)狀黏土，其下伏地層為第四系全新統(tǒng)礫石層。

圖2 研究區(qū)G4試驗(yàn)剖面探測結(jié)果集地質(zhì)解釋Fig. 2 Geological interpretation of G4 test profile in the study area

圖2（b）為可控源音頻大地電磁法數(shù)據(jù)處理結(jié)果，整體上地層分層較為明顯，可分為3層，第一層為海拔-100 m以上的低阻層，電阻率一般小于2000 Ω·m；第二層為海拔-550 m以上的中阻層，但呈現(xiàn)類似斷陷盆地的兩個(gè)凹陷，第一個(gè)位于測點(diǎn)1650～測點(diǎn)2120之間，另一個(gè)位于測點(diǎn)2320～測點(diǎn)2920之間，第一個(gè)凹陷電阻率無明顯的帶狀分布特征且電阻率梯級(jí)帶變化較緩，推斷其由地層引起，第二個(gè)凹陷有一個(gè)朝向東東南的低阻帶延伸且梯級(jí)帶變化明顯，推斷是深部基巖內(nèi)存在構(gòu)造，因淺部發(fā)育的水系滲漏而形成低阻，深部-650～-950 m海拔之間呈現(xiàn)出高阻特征，推斷為寒武系灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r等地層。但值得注意的是可控源音頻大地電磁法反演剖面存在若干個(gè)“公牛眼”形態(tài)的閉合小異常，且分布毫無規(guī)律，例如，測點(diǎn)2520～測點(diǎn)2620海拔-200 m處、測點(diǎn)2820～測點(diǎn)2920海拔-150 m處等位置，側(cè)面證實(shí)了可控源音頻大地電磁法在城區(qū)嚴(yán)重受磁場干擾而引起電磁場信號(hào)跳變，給解釋帶來了不便。

為了加強(qiáng)對(duì)試驗(yàn)剖面的地質(zhì)認(rèn)識(shí)，利用GDP32采集的電場數(shù)據(jù)，由中南大學(xué)劉春明老師處理完成得到廣域電磁法數(shù)據(jù)處理結(jié)果，如圖2（c）所示。由圖2（c）可知，成圖數(shù)據(jù)較為圓滑穩(wěn)定，分層較為明顯；結(jié)合上述兩種方法對(duì)剖面進(jìn)行了綜合解釋，如圖2（d）所示。由圖2（d）可知，淺部-100 m以上為第四系，僅在大號(hào)測點(diǎn)3220～測點(diǎn)3720之間存在一個(gè)高阻，經(jīng)實(shí)地調(diào)查可知，因在工業(yè)開發(fā)區(qū)路邊的人文活動(dòng)密集區(qū)采集，可能淺部受到了工業(yè)游散電流的干擾；覆蓋于第四系下的白堊系地層呈現(xiàn)出相對(duì)中等電阻率特征，電阻率在600 Ω·m左右，中間部位相對(duì)缺失，推斷在測點(diǎn)2120前和測點(diǎn)2720后存在白堊系地層；中間測點(diǎn)2120～測點(diǎn)2520之間被剖面的高阻體拱起，推斷為寒武系地層，其頂部與第四系呈不整合接觸；在深部的寒武系地層中結(jié)合區(qū)域地質(zhì)調(diào)查研究結(jié)果，推斷在測點(diǎn)2520的深部存在一個(gè)寬約80 m向東南傾的斷層破碎帶，其中，寒武系探溪組白云質(zhì)灰?guī)r和污泥塘組帶泥晶泥質(zhì)灰?guī)r被構(gòu)造運(yùn)動(dòng)改造；在斷裂深部的東南部存在寒武系牛蹄塘組含炭質(zhì)地層，產(chǎn)狀傾向西北，傾角約為30°。

電阻率類探測方法對(duì)識(shí)別大的地質(zhì)構(gòu)造、地層分布具有良好的分辨率，但對(duì)于第四系內(nèi)進(jìn)行更加細(xì)化的分層則效果不佳，這一點(diǎn)在以湖湘盆地的典型水系發(fā)育的南方洞庭盆地常德地區(qū)顯得更為突出。為了更好地為基巖探測提供多參數(shù)信息，本次試驗(yàn)在擬選的sk09驗(yàn)證鉆孔（測點(diǎn)2120）附近、sk10驗(yàn)證鉆孔（測點(diǎn)3700）附近分別完成了天然面波微動(dòng)探測，驗(yàn)證鉆孔探測結(jié)果分別如圖3和圖4所示。

圖3 sk09天然源面波微動(dòng)探測頻散波速反演巖性分層結(jié)果Fig. 3 Lithographic layering results of sk09 natural source surface wave fretting detection of dispersive wave velocity

圖4 sk10天然源面波微動(dòng)探測頻散波速反演巖性分層結(jié)果Fig. 4 Lithographic layering results of sk10 natural source surface wave fretting detection of dispersive wave velocity

在反演后的面波頻散曲線中，利用曲線拐點(diǎn)、曲線的切線突變點(diǎn)、波速變化等信息進(jìn)行分層，結(jié)合表2波速差異信息，綜合地質(zhì)認(rèn)識(shí)sk09可分為5層，sk10可分為8層。其中，sk09推斷第一層為在鉆孔地下18 m以上，波速在159～446 m/s之間，為粉質(zhì)黏土和粉砂；第二層在地表下40～18 m之間，波速在547～581 m/s之間，為土夾卵礫石層；第三層在地表下75～40 m之間，波速在575～740 m/s之間，為一卵石層；第四層在地表下145～75 m之間，波速在825～930 m/s之間，為頁巖層；第五層在地表下145 m以下，波速在992～1400 m/s之間，為灰?guī)r層。sk10推斷第一層在地表下10 m以上，波速為306 m/s，為粉質(zhì)黏土層；第二層在地表下70～10 m，波速為504 m/s，為土夾卵礫石層；第三層在地表下110～70 m，波速為1093 m/s，為粉砂質(zhì)泥巖層；第四層在地表下180～110 m，波速為1400 m/s，為粉砂巖；第五層在地表下210～180 m，波速為1303 m/s，為泥質(zhì)粉砂巖；第六層在地表下270～210 m，波速為1473 m/s，為粉砂巖；第七層在地表下310～270 m，波速為1510 m/s，為泥巖；第八層在地表下320～310 m，波速為1653 m/s，為灰?guī)r。

3.2 鉆探驗(yàn)證

依據(jù)綜合探測解釋結(jié)果，對(duì)圖1和圖2中的sk09和sk10分別進(jìn)行鉆探驗(yàn)證，其中，sk09終孔深度為202.18 m（圖5），sk10終孔深度為302.80 m（圖6）。sk09地表下89.50 m以上為第四系，其中，3.70 m以上為耕植土，3.70～18.30 m為粉質(zhì)黏土，18.30～89.50 m為砂卵石層；89.50～147.80 m為奧陶系白水溪組粉砂質(zhì)頁巖；147.80～202.18 m為寒武系探溪組白云質(zhì)灰?guī)r。sk10地表下9.70 m為中更新統(tǒng)馬王堆組網(wǎng)狀黏土，地表下9.70～71.52 m為第四系全新統(tǒng)礫石層；地表下71.52～275.74 m為白堊系紅層；275.74 m以下為寒武系污泥塘組晶泥質(zhì)灰?guī)r。上述鉆探結(jié)果與微動(dòng)探測結(jié)果對(duì)應(yīng)較好，特別是呈現(xiàn)低阻特征的第四系和白堊系紅層的內(nèi)部分層較為準(zhǔn)確。

圖5 sk9鉆探巖芯編錄結(jié)果Fig. 5 Cataloging results of sk9 drilling core

圖6 sk10鉆探巖芯編錄結(jié)果Fig. 6 Cataloging results of sk10 drilling core

4 結(jié) 論

1）高密度電阻率法在湖湘盆地地區(qū)利用常規(guī)10 m電極距的電纜布極，在常德市區(qū)地層結(jié)構(gòu)條件下難以穿透地阻層；可控源音頻大地電磁法探測深度較大，但其視電阻率計(jì)算時(shí)必須考慮磁場信息，在強(qiáng)干擾環(huán)境下會(huì)對(duì)反演結(jié)果造成誤差放大，會(huì)對(duì)深部地層結(jié)構(gòu)信息的判斷帶來一定的干擾；廣域電磁法具有信號(hào)強(qiáng)，利用單個(gè)分量進(jìn)行處理，從根本上降低了信號(hào)的干擾，最大限度地提高了信噪比，且可利用處理反演的頻帶較寬，探測深度較大；天然面波微動(dòng)有效地提高了低阻覆蓋區(qū)近地表探測的分辨率，可對(duì)第四系和白堊系紅層進(jìn)行分層反演，探測效果明顯。

2）在城市地質(zhì)調(diào)查工作中需結(jié)合多種方法優(yōu)勢，利用多參數(shù)方法進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，遵循由宏觀到微觀，由表及里，仔細(xì)分析判別各種異常產(chǎn)生的原因，綜合地質(zhì)調(diào)查研究結(jié)果進(jìn)行物探資料解釋，是提高城市地球物理勘探效果應(yīng)遵循的基本思路。

致謝：本次試驗(yàn)研究工作歷時(shí)近兩年，湖南省地質(zhì)調(diào)查院物化遙地質(zhì)分院和水工環(huán)分院（現(xiàn)湖南省地質(zhì)調(diào)查所物化遙地質(zhì)技術(shù)中心和水工環(huán)地質(zhì)研究中心）眾多同事參與了野外工作；天然源面波技術(shù)工作得到了北京水電物探研究所范宏強(qiáng)工程師的耐心指導(dǎo)和幫助，在此一致向他們表示衷心的感謝！范宏強(qiáng)工程師的耐心指導(dǎo)和幫助，在此一致向他們表示衷心的感謝！