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物探与化探  2024, Vol. 48 Issue (3): 876-883    DOI: 10.11720/wtyht.2024.0047
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基于高精度重力勘探对地下空洞的探测研究
杨敏1,2,3,8(), 徐新强1,8(), 陈明4, 纪晓琳5, 王万银6,7, 赵东明3, 周巍1, 张义蜜6,7
1.西安测绘总站,陕西 西安 710054
2.中国地质大学(武汉) 地球物理与空间信息学院,地球内部多尺度成像湖北省重点实验室,湖北 武汉 430074
3.信息工程大学 地理空间信息学院,河南 郑州 450001
4.广东省地质物探工程勘察院,广东 广州 510000
5.空军工程大学 信息与导航学院,陕西 西安 710007
6.长安大学 地质工程与测绘学院,陕西 西安 710054
7.海洋油气勘探国家工程研究中心,北京 100028
8.智慧地球重点实验室,陕西 西安 710054
Research on the detection of underground pedestrian passage by high precision gravity exploration
YANG Min1,2,3,8(), XU Xin-Qiang1,8(), CHEN Ming4, Ji Xiao-Lin5, WANG Wan-Yin6,7, ZHAO Dong-Ming3, ZHOU Wei1, ZHANG Yi-Mi6,7
1. Xi’an Division of Surveying and Mapping, Xi’an 710054, China
2. Hubei Subsurface Multi-scale Imaging Key Laboratory, School of Geophysics and Geomatics, China University of Geosciences, Wuhan 430074, China
3. Institute of Geospatial Information, Information Engineering University, Zhengzhou, 450001, China
4. Guangdong Geological and Geophysical Engineering Investigation Institute, Guangzhou 510000, China
5. Information and Navigation College, Air Force Engineering University 710007, China
6. School of Geology Engineering and Geomatics, Chang’an University, Xi’an 710054, China
7. National Engineering Research Center of Offshore Oil and Gas Exploration, Beijing 100028, China
8. Key Laboratory of Smart Earth, Xi’an 710054, China
全文: PDF(3819 KB)   HTML
输出: BibTeX | EndNote (RIS)      
摘要 

地下空洞埋藏浅、规模小不易探测,随着重力感应技术的发展,给准确快速获取微重力变化为探测地下空洞带来新机会,对小规模地下空洞的探测能力具有广泛的研究和实用价值。本文从重力基础理论、重力探测技术、重力数据处理及反演3方面对地下空洞进行系统的分析研究。在给定形体大小、重力数据精度的情况下,通过二分法计算出了重力探测的最大埋藏深度;将高密度采集、高精度重力探测方法用于某区客运站地下人行通道实际探测,获得一套高精度重力格网数据,理论研究和实测结果表明,现有重力仪器具有探测地下空洞的能力;采用最小曲率位场分离方法、2.5D人机交互反演和靶区识别三维物性快速反演方法,得到地下人行通道近SN向的分布,埋藏深度大致2.5~5 m,这与实际情况相符。本次研究为地下空洞探测摸索出一套完整的重力勘探流程,具有一定的参考价值。

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杨敏
徐新强
陈明
纪晓琳
王万银
赵东明
周巍
张义蜜
关键词 重力勘探地下空洞客运站地下人行通道正反演研究    
Abstract

Underground cavities with shallow burial and small scale are difficult to detect. With the development of gravity sensing technology, the accurate and rapid acquisition of micro-gravity variations brings new opportunities for detecting underground cavities, and it has wide research and practical value for the detection of small-scale underground cavities. This paper systematically analyzes and studies underground cavities from three aspects: gravity basic theory, gravity detection technology, and gravity data processing and inversion. Under given body size and gravity data accuracy, the maximum burial depth of gravity detection is calculated using the bisection method. High-density acquisition and high-precision gravity detection methods are applied to the actual detection of an underground pedestrian tunnel in a certain area of a passenger station. A set of high-precision gravity grid data is obtained. The theoretical research and measurement results indicate that existing gravity instruments have the ability to detect underground cavities. By using the minimum curvature potential field separation method, 2.5D interactive inversion and the target area recognition three-dimensional physical property fast inversion method, the approximate SN distribution and burial depth of the underground pedestrian tunnel are obtained, which is approximately 2.5~5 m, consistent with the actual situation. This study has developed a complete gravity exploration process for detecting underground cavities, and it has certain reference value.

Key wordsgravity exploration    underground cavities    passenger station    underground pedestrian tunnel    forward and inverse modeling research
收稿日期: 2024-02-05      修回日期: 2024-04-15      出版日期: 2024-06-20
ZTFLH:  P631  
基金资助:湖北省重点实验室开放基金“地球内部多尺度成像”(SMIL-2023-06)
通讯作者: 徐新强(1968-),男,正高级工程师,主要从事测量数据处理理论和地球重力场方面的研究工作。Email:xaxcq@126.com
作者简介: 杨敏(1990-),女,博士后,主要从事重力数据三维物性反演研究工作。Email:yangmin@chd.edu.cn
引用本文:   
杨敏, 徐新强, 陈明, 纪晓琳, 王万银, 赵东明, 周巍, 张义蜜. 基于高精度重力勘探对地下空洞的探测研究[J]. 物探与化探, 2024, 48(3): 876-883.
YANG Min, XU Xin-Qiang, CHEN Ming, Ji Xiao-Lin, WANG Wan-Yin, ZHAO Dong-Ming, ZHOU Wei, ZHANG Yi-Mi. Research on the detection of underground pedestrian passage by high precision gravity exploration. Geophysical and Geochemical Exploration, 2024, 48(3): 876-883.
链接本文:  
https://www.wutanyuhuatan.com/CN/10.11720/wtyht.2024.0047      或      https://www.wutanyuhuatan.com/CN/Y2024/V48/I3/876
Fig.1  地下空洞模型三维立体图(a)和坐标位置(b)
Fig.2  地下空洞重力场
(白色边框为地下空洞模型水平位置投影)
Fig.3  地下空洞模型xOz截面深度示意图研究中心埋深ζcentre和重力数据精度Δgmse的关系
重力数据精度/mGal 0.03 0.05 0.1
最大探测深度/m 9.06 5.85 2.87
Table 1  地下空洞模型在不同重力数据精度下最大探测深度
Fig.4  某区客运站试验区重力测点点位
Fig.5  某区客运站试验区布格重力格网数据
Fig.6  某区客运站试验区区域布格重力格网数据
Fig.7  某区客运站试验区剩余布格重力格网数据
Fig.8  LineA剖面线平面位置
Fig.9  LineA 2.5D重力剖面反演结果
Fig.10  参与反演计算的靶区网格分布
Fig.11  某区客运站试验区重力三维物性反演结果
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