基于無人機測繪-物探-鉆探組合技術的某場地第四系地層特征研究

陳濤 馬利濤 李磊

摘要：北方某巖溶區規劃場地包氣帶防污性能較差，為了查明該場地第四系地層特征，采用無人機航拍形成三維影像模型，通過地面調查驗證形成地形地貌、基巖裸露分布等的地理地質解譯圖，依此布設物探勘探線和鉆孔點位，獲取場地第四系地層巖性及厚度等分布特征，這一組合技術方法極大地提高了勘察效率和精度，可為本場地建設規劃及地下水環境保護提供準確技術支撐。

關鍵詞：無人機測繪-物探-鉆探組合技術;北方巖溶區;地質填圖;第四系地層。

1 引言

無人機技術作為一種環境地質調查新技術，近年來發展迅速，且越來越凸顯其可行性和優越性[1]。本次研究通過對無人機航拍影像進行地質解譯，分析并獲取外業工作中需關注的地質信息，最大程度地發揮無人機在地質勘察工作中的輔助功能，進而結合傳統地質調查及勘察手段進行研究，最終為本場地建設規劃及地下水環境保護提供準確技術支撐。

2場地概況

研究場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，區內主要地貌類型有侵蝕剝蝕臺地亞區碳酸鹽巖臺地小區、侵蝕堆積臺地亞區黃土類土臺地小區，主要微地貌有河漫灘、殘丘、沖溝和黃土陡坎等。場地北側為一條季節性沖溝，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（Q4）分布于場地北側沖溝及東南部，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（Q3）分布于場地大部分區域，為沖洪積粉質粘土、砂性土和砂卵礫石層;中更新統（Q2）分布于場地東南側，為沖洪積、冰積棕紅色、棕黃色粉質粘土，含礫粘土及泥礫層。奧陶系地層呈單斜狀產出，傾角6～10°，巖性主要為各類灰巖及白云巖，巖溶裂隙發育（見圖1）。

3無人機-物探-鉆探組合技術

3.1 無人機測繪及三維模型

通過無人機測繪技術獲取研究區的三維模型（圖2），可以360°無死角地快速展現研究區場地及周圍的真實場景，清晰地展現研究區地形地貌，結合地面調查直觀準確地解譯出地表不同巖性。從圖像上直接讀取任一點的高程值及任兩點間的高差、坡度和坡向等信息，結合傳統鉆探及物探手段，可極大地提高工作效率及調查精度，為調查與評價提供理論依據和數據支撐。此外，無人機傾斜攝影技術能獲得多角度高分辨率影像，經過數據處理得到的真三維模型是可量測的，能直接進行量測獲得地形圖[2]，本次研究在三維模型及正攝影像基礎上完成1：2000地形圖的繪制，可作為本次評價工作底圖。

3.2 輔助地質調查

傳統地質填圖主要以采用穿越及追蹤的方式[3]，調查點數按規范要求需達到相應數量。本次工作充分打破傳統思維，充分利用研究區三維模型，在野外工作開展之前，結合區域地質圖對三維模型從宏觀角度進行地質解譯，快速分辨出基巖露頭分布位置及范圍，并結合地形地貌特征，推測第四系巖性及地層（如圖3）。經地質解譯后，再針對關鍵位置有針對性地開展現場調查和驗證，進而快速整理形成研究區地形地質圖（圖4），該調查工作方式可顯著提高工作效率。

3.3 輔助物探、鉆探

在地質調查基礎之上，根據第四系松散層分布情況，選取適當位置補充鉆探及物探工作，以充分查明本區第四系厚度及巖性發育規律。以三維模型反應的實際地形來充分指導鉆孔和地面物探線布設（圖5），使鉆探與物探成果相輔相成。由于場地沖溝兩側陡坎較深，可作為良好的地質剖面，將鉆孔布設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），進而結合鉆孔準確繪制地質剖面圖。

地面物探采用高密度電阻率法，通過電阻率差異來區分第四系松散層和基巖，物探線主要布設在研究區內第四系松散層覆蓋區。為提高物探工作精度和效率，結合三維模型可迅速識別地形地貌特征，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

依據本次工作地質調查、地質鉆探及地面物探成果資料，對研究區內地表覆蓋的第四系松散層厚度進行整理劃分，進而形成第四系厚度等值線圖（圖7）。

由圖7及巖性厚度統計可知，研究區內第四系松散層以粉質粘土及砂卵石為主，其中除沖溝地表以砂卵石為主外，其它第四系覆蓋區巖性以粉質粘土為主。第四系厚度大致呈南薄北厚，北側靠近沖溝區域厚度較薄的變化規律，中間地帶第四系松散層厚度較大，最厚處可達30.0m。

4結束語

在場地環境地質調查中，應用無人機測繪技術充分輔助地質調查、地質鉆探及地面物探組合技術，可大大提高場地第四系地層勘察精度和效率，具有一定的推廣意義。通過開展本項工作，詳細掌握了研究場地第四系地層巖性及厚度分布特征，可為場地規劃建設及地下水污染防治提供準確技術支撐。

參考文獻

[1]姚林林，鐘果李，青春等.基于無人機遙感信息的地質解譯方法及在地質調查中的綜合應用研究，[J]，工程地質學報，2020，28（5）：1099-1105;

[2]史與正，張淑玲，王英等。利用無人機傾斜攝影三維模型進行大比例尺成圖技術研究，[J]，測繪通報，2019（11）：137-140;

[3]姚春亮，夏慶霖，張曉軍等.傳統填圖法在半覆蓋區的改進—第四系巖性填圖法，[J]，地球學報，2020，38（4）：549-559。