基于无人机测绘-物探-钻探组合技术的某场地第四系地层特征研究

陈涛 马利涛 李磊

摘要：北方某岩溶区规划场地包气带防污性能较差，为了查明该场地第四系地层特征，采用无人机航拍形成三维影像模型，通过地面调查验证形成地形地貌、基岩裸露分布等的地理地质解译图，依此布设物探勘探线和钻孔点位，获取场地第四系地层岩性及厚度等分布特征，这一组合技术方法极大地提高了勘察效率和精度，可为本场地建设规划及地下水环境保护提供准确技术支撑。

关键词：无人机测绘-物探-钻探组合技术;北方岩溶区;地质填图;第四系地层。

1 引言

无人机技术作为一种环境地质调查新技术，近年来发展迅速，且越来越凸显其可行性和优越性[1]。本次研究通过对无人机航拍影像进行地质解译，分析并获取外业工作中需关注的地质信息，最大程度地发挥无人机在地质勘察工作中的辅助功能，进而结合传统地质调查及勘察手段进行研究，最终为本场地建设规划及地下水环境保护提供准确技术支撑。

2场地概况

研究场地位于太行山南段东麓，面积1.01km2，地貌属于山西高原和华北平原的丘陵过度带，区内主要地貌类型有侵蚀剥蚀台地亚区碳酸盐岩台地小区、侵蚀堆积台地亚区黄土类土台地小区，主要微地貌有河漫滩、残丘、冲沟和黄土陡坎等。场地北侧为一条季节性冲沟，仅在雨季可见表流，沟宽20～50m，切割深度10～20m，沟两岸多见黄土陡坎，沟底多分布有卵石层，局部可见基岩出露，见图1。

场地地表多被第四系地层覆盖，局部奥陶系基岩地层裸露。第四系全新统（Q4）分布于场地北侧冲沟及东南部，为人工堆积及新近沉积的杂填土、砂卵石及砂性土层;上更新统（Q3）分布于场地大部分区域，为冲洪积粉质粘土、砂性土和砂卵砾石层;中更新统（Q2）分布于场地东南侧，为冲洪积、冰积棕红色、棕黄色粉质粘土，含砾粘土及泥砾层。奥陶系地层呈单斜状产出，倾角6～10°，岩性主要为各类灰岩及白云岩，岩溶裂隙发育（见图1）。

3无人机-物探-钻探组合技术

3.1 无人机测绘及三維模型

通过无人机测绘技术获取研究区的三维模型（图2），可以360°无死角地快速展现研究区场地及周围的真实场景，清晰地展现研究区地形地貌，结合地面调查直观准确地解译出地表不同岩性。从图像上直接读取任一点的高程值及任两点间的高差、坡度和坡向等信息，结合传统钻探及物探手段，可极大地提高工作效率及调查精度，为调查与评价提供理论依据和数据支撑。此外，无人机倾斜摄影技术能获得多角度高分辨率影像，经过数据处理得到的真三维模型是可量测的，能直接进行量测获得地形图[2]，本次研究在三维模型及正摄影像基础上完成1：2000地形图的绘制，可作为本次评价工作底图。

3.2 辅助地质调查

传统地质填图主要以采用穿越及追踪的方式[3]，调查点数按规范要求需达到相应数量。本次工作充分打破传统思维，充分利用研究区三维模型，在野外工作开展之前，结合区域地质图对三维模型从宏观角度进行地质解译，快速分辨出基岩露头分布位置及范围，并结合地形地貌特征，推测第四系岩性及地层（如图3）。经地质解译后，再针对关键位置有针对性地开展现场调查和验证，进而快速整理形成研究区地形地质图（图4），该调查工作方式可显著提高工作效率。

3.3 辅助物探、钻探

在地质调查基础之上，根据第四系松散层分布情况，选取适当位置补充钻探及物探工作，以充分查明本区第四系厚度及岩性发育规律。以三维模型反应的实际地形来充分指导钻孔和地面物探线布设（图5），使钻探与物探成果相辅相成。由于场地冲沟两侧陡坎较深，可作为良好的地质剖面，将钻孔布设在陡坎之下可极大压缩钻探工作量，从三维模型上可快速量取陡坎高差（图6），进而结合钻孔准确绘制地质剖面图。

地面物探采用高密度电阻率法，通过电阻率差异来区分第四系松散层和基岩，物探线主要布设在研究区内第四系松散层覆盖区。为提高物探工作精度和效率，结合三维模型可迅速识别地形地貌特征，有助于物探线选在平直且通视良好的位置。

3.4 第四系松散层厚度及岩性分布

依据本次工作地质调查、地质钻探及地面物探成果资料，对研究区内地表覆盖的第四系松散层厚度进行整理划分，进而形成第四系厚度等值线图（图7）。

由图7及岩性厚度统计可知，研究区内第四系松散层以粉质粘土及砂卵石为主，其中除冲沟地表以砂卵石为主外，其它第四系覆盖区岩性以粉质粘土为主。第四系厚度大致呈南薄北厚，北侧靠近冲沟区域厚度较薄的变化规律，中间地带第四系松散层厚度较大，最厚处可达30.0m。

4结束语

在场地环境地质调查中，应用无人机测绘技术充分辅助地质调查、地质钻探及地面物探组合技术，可大大提高场地第四系地层勘察精度和效率，具有一定的推广意义。通过开展本项工作，详细掌握了研究场地第四系地层岩性及厚度分布特征，可为场地规划建设及地下水污染防治提供准确技术支撑。

参考文献

[1]姚林林，钟果李，青春等.基于无人机遥感信息的地质解译方法及在地质调查中的综合应用研究，[J]，工程地质学报，2020，28（5）：1099-1105;

[2]史与正，张淑玲，王英等。利用无人机倾斜摄影三维模型进行大比例尺成图技术研究，[J]，测绘通报，2019（11）：137-140;

[3]姚春亮，夏庆霖，张晓军等.传统填图法在半覆盖区的改进—第四系岩性填图法，[J]，地球学报，2020，38（4）：549-559。