揭秘地下三维世界,“透明南大”项目启动

南报融媒体记者 谈洁

南京大学仙林校区的地质状况如何,地下有没有断层和溶洞,对地震的响应速度怎样,还有多少空间可以利用?南京大学与江苏省地震局合作,利用国际领先技术进行的“透明南大”项目启动,两三个月后,仙林校区的三维地下世界将会全面呈现。

城市地下结构探测是进行防震减灾和城市中长期规划的重要基础。高精度的地下结构信息可以用来确定城市活动断层、地层以及地下管道的分布,从而更安全、有效地利用地下空间。随着我国城市化进程的加快,可开发的土地资源越来越紧张。因此,南大在2019年底成立了大地探测与感知研究院,充分利用在地球物理、地质工程、地理学、电子、计算机科学等领域的研究基础和人才优势,研发具有自主知识产权的浅层大地探测和感知技术,应对国家发展的重大需求。

“地面上的信息,可以借助发达的地理信息系统。地面下的信息,目前还没有一套成熟、便捷的平台或系统可以使用。”“透明南大”项目负责人、南大大地探测与感知研究院阮友谊副教授介绍,他们想以“透明南大”项目为示范,建立一套适用于城市地下结构探测的震源激发、综合观测和数据处理的新方法。

传统的地质勘测方法是通过深井作业,在地下放置炸药实施爆炸,爆炸产生的冲击波遇地下岩层后会经过反射或折射传回地表,用地震仪对地表的震动信号进行采集,类似“CT扫描”一样,通过计算机分析得出地下结构。

“炸药污染环境,在人口密集区使用有危险性,因此在很多国家和地区管控非常严格,甚至被禁止使用。”阮友谊介绍,该项目的先进性在于运用甲烷气体震源,安全绿色无污染,可以填补炸药禁区的空白,在城市中都可以使用。

项目采用的探测技术在传统地震仪基础上还增加了分布式光纤。地震仪类似医生的“听诊器“,但是监测成本高,采集周期长,对地下情况很难做到实时反馈。该项目应用的分布式光纤测震系统,一根1公里的光纤相当于上百个地震仪,可实现高精度密集观测。而且最新技术表明,借助原有的校园通讯光缆即可监测震动,实时探测地下详情,如浅地表结构变化、地下管网异常、地震动、交通以及环境天气事件等等。

“比如长期下雨、长期超负荷的车流都会引发土壤和岩石的形变,分布式光纤传感器可以做到实时观测,提供像‘卫星云图’一样的‘地下云图’。利用南大自有知识产权的数据处理系统,通过高性能计算和人工智能方法,可以判断出变化的原因和位置,未来还可以进行各种突发地质状况的预警。”阮友谊说,如果项目试验成功,必将推动行业的变革。

据悉,到8月9日晚,监测光纤和地震台站的布设、钻井、震源车作业、甲烷震源激发等前期工作已顺利完成。覆盖仙林校区的地震台阵将继续进行背景噪声观测,两三个月后,南大的地下结构将出炉。

“希望将来能够联合国内研发力量,推动甲烷震源和分布式光纤测震这些新技术走向应用, 通过与江苏省地震局、江苏省煤炭地质局、四川伟博震源科技有限公司等单位的合作,开展‘透明紫东’、‘透明南京’ 等项目,为我国城市地下空间的开发和智能化管理贡献更多力量。”阮友谊说。

[延伸阅读]

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