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抗干扰电法勘探在城市考古探测上的应用

发布时间:2016-03-19 点击数:719


抗干扰电法勘探在城市考古探测上的应用

本站原创转载请注明出处 日期:2016年03月19日

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1引言

在城市非开挖工程应用中,常见的探测手段主要以探地雷达、浅源地震、高密度电法等为主。以上3种探测方法还常应用在地下溶洞探测、暗河探测、采空区探测、地下水探测、考古探测等。在实际工作中以上方法在城市中各类非开挖探测中应用的效果并不是很好,其主要原因是城市中存在各类干扰源,大致如下:1.地面强电磁辐射的高压走廊、50hz(国外60hz)人文工频干扰、由车辆行人形成的随机震源,各类设备的游散电流等。2.地下管网电缆形成的电磁干扰,地下工业设施形成的游散电流,地下铁路形成的强电磁干扰和强震源干扰等。3.其他未知自然因素干扰。由于在城市中存在各类强干扰源,使常见的软硬抗干扰技术显得力不从心,使各类探测方法在城市非开挖工程探测中的应用效果大打折扣,甚至无效。由于探测失败造成的各类损失也是很大的,部分损失甚至是无法弥补的。

2抗干扰电法简述

抗干扰电法使用的抗干扰技术为mn序列伪随机相关系统辨识技术1,该技术最早应用于火星探测器远程通讯,随后运用到各类无线通讯技术中,在生活中最常见的就是CDMA手机。1985-1986年,中国地质大学电法科研组在罗延钟教授主持下,开展伪随机信号宽带激电议研制工作,由于院系合幵,项目搁浅;2003中南大学汤井田教授提出基于DSP的通用伪随机激电观测系统22009年北京勘察技术工程有限公司KGR-1型抗干扰电法仪研制成功。KGR-1型抗干扰电法仪使用mn序列伪随机相关系统辨识技术研制,实验和事实证明该设备能在各类强电磁干扰环境下采集到精确数据,完全可用于城市各类非开挖无损探测。

3项目背景

在北京这座千年帝都,历史底蕴深厚,历朝历代的文物墓穴藏匿于北京市各县区的地下。随着城市化进程的加速,为保护地下文物免遭各类建设破坏,北京市文物局联合城建等部门出台硬性规定,即在建设施工前需对工地进行考古探测、挖掘等工作,以达到对地下文物保护的目的。本次探测工程我司受文物部门邀请,至大兴城区黄村镇三合村进行古墓群探测工作,主要通过电法勘察,探明古墓群的分布与埋深情况。据文物部门介绍该古墓群地处大兴城区的西北部边缘,原为三合庄村所在地,距离最近的地铁站不到2公里,原计划在上面建设住宅楼,2010年进行土地开发整理时局部勘测发现了古墓。该古墓群是由从东汉到辽金时期的古代墓葬129座组成,时间跨度上千年。经过此前的勘探和发掘,北京市文物研究所的考古人员已清理出墓葬75座,其中东汉墓7座,北朝墓2座,唐代墓葬33座,辽代墓葬33座。很多墓葬保存完好,不仅有完整的人类尸骸,还出土了陶器、瓷器、漆器等陪葬物品。有的墓葬十分壮观,不仅空间大、墙上设有仿木的廊柱、墙壁上还绘有人物、家具等精美壁画。这片古代墓穴之所以得以较好地保留,很大程度上与永定河在历史上多次泛滥有关。

图3-1 工作区

4.方法技术

由于勘察区域位于城市中心,周围存在较强的人文电磁干扰,本次勘察工作使用的仪器是北京勘察技术工程有限公司最新研发的跨时代抗干扰电法仪KGR-1B。图4-1是多台KGR-1B型接收机在工区内采集的数据一致性图。由于数据一致性非常好,各台接收机在同点位数据曲线基本重合。

4-1 数据一致性试验图

根据现场踏勘情况,结合已知资料,通过精心论证,本次试验勘察使用偶极-偶极装置探测。以下为古墓群偶极-偶极装置2D正演结果。模型选择,根据已知的相关资料,本次正演将地层结构分为三层,地表干燥黄土层为第一层,设干燥黄土层厚度为2m,电阻率为200欧姆的均匀介质;第二层为淤泥层,设厚度为3米,电阻率为100欧姆的均匀介质;第三层为基底沉积层,厚度无限大,电阻率为300欧姆;古墓平面模型设为长1m-4m,厚度2m-3m的矩形,电阻率为50欧姆的均匀介质。模型详情如表4-1

模型

厚度(m

长度(m

电阻率(欧姆)

备注

第一层

2

无限

200

干燥黄土

第二层

3

无限

100

淤泥层

第三层

基底

无限

300

基底沉积层

古墓

2-3

1-4

50

4-1 模型详情

4.1.无古墓的三层水平模型

从正演的结果上可以清晰的看出,各层状模型的正演视电阻率都是按水平均匀分布,界线也十分清晰。

4-2 三层水平模型正演结果

4.2. 有古墓的三层水平模型

本次正演将规模不等的古墓模型置入在第二层淤泥层中,从图4-3的正演图中可以看出不同大小的古墓都以不同程度的低阻体显示,模型规模越大,低阻异常响应越明显,且引起了深部基底高阻层的畸变,其畸变情况也与模型的大小成正相关。

4-3有古墓的三层水平模型

根据现场的实际情况,本次野外设定测量的剖面长度为80m,点距2m,偶极-偶极装置铺设电极为A,B,N,M排列顺序,参数设定为AB=NM=aa的大小为2mn=1-12,测量时a的大小保持不变,依次变换n的大小来测量深度。OO’最大为26m,预计勘查深度为7m,满足目标勘探深度。

5.资料处理与解释

5.1实物工作量

根据现场的实际情况,本次野外实际测量的剖面长度为80m,点距2m,偶极-偶极装置电极按A,B,N,M排列顺序铺设,实测物理测点为40个,数据总量为480个。测地工作由勘察院测量完成并提供相关的坐标数据。实际材料图如下

5-1 实际材料图

5.2处理与解释

本次数据处理所使用的主要软件有,KGR自带的预处理程序,DR.M.H.Loke2D反演系统RES2DINV X32 v3.71,EXCEL,SURFER 12等软件。资料处理的流程如下:

数据资料通过反复处理并选取最优参数直到满意为止,以下为最终处理成果图。图5-2为综合平面图,图5-3为综合剖面图。

根据反演结果,如图5-3中反演断面图所示,可将剖面电性层划分为3层,第一层大致为地表至地下2-3m的范围内,视电阻率范围为100欧姆米至300欧姆米的相对高阻区域,推测为干燥的黄土引起;第二层大致为2-5m范围内,视电阻率范围为10欧姆米至30欧姆米的相对低阻区域,推测该层为淤泥层;第三层大致为5m以下,视电阻率为100欧姆米至300欧姆米的高阻区域,推测为其他沉积层。根据前人以往的工作资料和经验,推测在第二层淤泥层中的视电阻率范围为15欧姆以下的低阻闭合区域为古墓,如推断图中所示,蓝色矩形框为推测的古墓,共推测有7处。电法勘察异常与实测洛阳铲对应如表5-1所示。

点号

X坐标

Y坐标

高程

备注

23

**00962.6

**1250.3

28.735

长杆

26

**00963.1

**1253.2

28.702

长杆

28

**00963.4

**1255.3

28.696

长杆

35

**00964.4

**1262.1

28.761

长杆

40

**00965.2

**1267

28.832

长杆

45

**00965.8

**1272

28.779

长杆

55

**00967.3

**1281.8

28.726

长杆

64

**00968.6

**1290.8

28.905

短杆

66

**00968.9

**1292.7

28.854

短杆

79

**00970.9

**1305.5

28.873

短杆

83

**00971.5

**1309.4

28.705

短杆

91

**00972.6

**1317.2

28.306

短杆

93

**00972.8

**1319.2

28.276

短杆

5-1 异常对应表




5-2 综合平面图




5-3 综合剖面图


6.结论

通过抗干扰电法仪对古墓的勘察试验成果,可以看出KGR-1B型抗干扰电法仪在城市强电磁干扰环境下工作是可靠的,适用于考古勘察工作。勘察装置选择得当,数据处理成果良好,通过数据反演,仅3处洛阳铲验证处未被识别,其他洛阳铲验证的古墓基本全部识别,可靠性较高,装置及反演技术适用于考古勘察工作。令值得一提的是,偶极-偶极装置在一般的工作情况下an比例大于7时,普通的接收机是很难采集到可靠信号的,KGR接收机在大于an比例大于12时依旧能采集到稳定可靠的信号,再次说明伪随机抗干扰技术的稳定和可靠。



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