2022年末中国城镇化率达到65.22%，大量资源要素和人口不断向城市聚集，对城市地下空间资源开发利用的需求越来越大，地质安全风险造成的经济影响和社会效应越来越强，对城市规划建设和运行管理的要求越来越高。如何科学合理利用地下空间，让我们的城市更为安全，是摆在我们面前的一道难题。
中国地质调查局南京地质调查中心通过20多年来城市地质工作的探索和实践，于2019年申报成功自然资源部城市地下空间探测评价工程技术创新中心，针对我国城市地下空间安全开发利用的迫切需求，重点突破城市地下空间资源探测、监测、评价等技术难题，形成了城市暗浜识别、地下孤石探测、高采取率钻探取心、原位热物性参数获取、地下多源数据智能感知等新技术，通过科技手段，给大地“看病”，对城市地质进行“体检”，合理开发利用地下空间，拓展城市发展空间。
城区暗浜自动识别技术
城市不断建设和扩张，建设用地、工业用地增长的同时，侵蚀着耕地、水域、草地等，以长江三角洲为代表的水网平原区，多年来城市地区人类活动剧烈，原始地貌改变众多，地表覆被严重，给城市勘察带来众多困难。
其中一个典型问题为，原有的地表河浜可能由于各种原因被填埋形成暗浜。暗浜底部多以淤泥为主，部分地段还含有大量生活垃圾，土性极差。随着时间的推移，这些埋藏于地下的不良地质条件逐渐成为后期市政道路、桥梁工程建设中的质量隐患，造成工程开挖难度加大，尤其给河网地区浅表的工程建设带来较多的困难。水网平原区城市地下暗浜分布广、埋藏浅、数量多，传统的暗浜探测的方法如高密度电阻率、浅层地震等技术的城区施工难度大、浅表探测精度低、详细勘查成本高，很难对城市暗浜进行全面探测。
遥感技术覆盖范围广、效率高、可重复、成本低等特点，利用遥感影像变化检测方法提取暗浜信息。中国地质调查局南京地质调中心构建了基于机器学习的遥感影像监督分类算法，实现相同区域不同时相遥感影像的自动分类和对比分析，研发形成城区暗浜自动识别方法。通过处理相同区域在不同时相的遥感影像，得到该区域的地物类型变化，在变化检测中，分别对不同时相的遥感影像进行分类，得到不同时期的专题图，通过叠加这些专题图像，从而判别随着时间跃迁地物类别的具体的变化，实现暗浜自动识别。
成果应用于安庆市辖区，提取出研究区暗浜近1000个，总面积9.86 km2，从空间分布看，大部分暗浜位于安庆市辖区南部沿江地区，包括宜秀区、十里铺乡、老峰镇、白泽胡乡、山口乡，暗浜表面主要地物类型为建筑物。整体看，有89.15%的暗浜区域，其地表覆盖类型目前为建设用地，如道路、桥梁、房屋等，其中居民点占42.35%，其他建设用地占46.80%。这跟安庆市近十五年的发展建设一致，城市的扩张使得不透水层面积急剧增加，以前的很多小池塘沟渠被填埋，用以城市开发建设。此外，暗浜区域地表覆盖类型为耕地的面积为0.69 km2，占暗浜总面积的6.97%，一些湖泊被人为造田，使水域面积减少。
地下孤石探测技术
我国南方沿海地区广泛发育燕山期花岗岩，花岗岩构造裂隙发育，基岩易沿裂隙面风化，长期风化过程中，花岗岩中不易风化的残留核(球状风化核)，俗称孤石。孤石发育的主要影响因素有花岗岩的矿物组成、结构、构造、岩体节理发育程度、温度、地形、水文条件等等，导致其具有埋藏深度不定、粒径不均、形态各异等随机性特征。
未探明的孤石会给地铁盾构施工带来重大安全隐患。在花岗岩残积层中钻遇孤石(直径大于2 m)时，会极大地增加施工成本，对工期和投资控制产生重大不利影响。更严重的情况下，甚至导致工作面喷涌、塌方，危及地面行车或建筑物安全。因此，必须针对隧道盾构施工中的孤石进行精准探测，采取合理的措施对孤石进行破碎处理，以确保盾构施工作业的顺利进行。
目前，针对花岗岩风化层中孤石探测主要采取地质钻探（钻探）和地球物理探测（物探）等方法。钻探可直观地揭露地层，对孤石进行采样，是最为精准的点位探测方法。然而，相对于地铁工程详勘阶段25~30 m的钻孔间距而言，通过详勘钻探所揭露的孤石十分有限，即使通过加密钻孔提高揭露孤石的机率，也难以确定孤石体的空间位置分布，此外还受成本、工期、场地条件等限制。以往孤石探测受限于勘探成本和效率等，一般以单种物探方法为主，但是单方法数据处理和解译的可靠性和精度相对较低，主要以定性识别大型孤石位置为主，无法定量推断孤石大小和边界。
中国地质调查局南京地质调查中心聚焦地下孤石对城市建设尤其是地铁建设制约问题，围绕地下孤石高效精准探测进行技术攻关与应用示范。提出一套适用于孤石精准探测的大深度探地雷达+微动+等值反磁通瞬变电磁方法组合技术体系及工作流程，充分利用多方法从孤石多个属性角度进行相互补充和验证，解决孤石探测中单方法存在的多解性和可靠性较低等问题，提高孤石体的空间定位精度，并利用三维地质-地球物理综合解译技术精准表达孤石体的空间位置和形态展布特征。该优选物探方法组合技术体系和工作流程首次应用于福州地铁F1沿线典型区段，探测结果表明推测孤石异常与钻遇孤石吻合度较高，大大提升了孤石体在垂向空间的定位精度。
高采取率钻探取心技术
为支撑城市地质安全防控和地下空间安全利用，查明砂层、卵砾石及半固结基岩等特殊岩土体的结构、构造、分层、物理力学性质、渗透性等是至关重要的。传统钻探在松散及破碎层取芯率低、岩芯结构易破坏，很难保持原有层位、原始成分和颗粒级配等，难于准确判断岩土体的结构、构造、分层，进而影响物理力学性质和渗透性的计算。
针对传统钻探工艺的不足，研发了隔液单动双管半合管堵心自卡取钻具，能有效减少钻进过程中冲洗液对岩性的冲刷作用和取心过程中岩心磨损的问题，达到特殊岩土体岩心结构完整、扰动小的目的。通过形成“隔液单动双管半合管堵心自卡取取心、钻进液护心护壁、跟管钻进”技术，可完整保留地层界面、构造接触关系和岩土体原始结构。
成果在宣城遇水易散体的红层软岩、杭州富水砂砾石层中实验并应用，在卵砾石层中岩心采取率达90%以上，取得了能清晰揭示原岩结构、孔隙充填和胶结情况的地质岩心，可为地下空间开发利用提供准确的判断和准确的地质参数。
多功能原位热物性参数测试系统
温度是地下最敏感的因子之一，地下温度场的异常可以反应地热能资源的赋存状态，是地热资源开发利用靶区选择的直接指标，地下温度场的变化往往伴随地下渗流场的变化，可作为滑坡、堤坝渗漏等灾害的预警指标。然而传统地温场调查存在测温点位不均、岩土体热物性参数测量不准、测量时效性较低等问题。
利用线热源现场测温原理，研发了多功能原位热物性参数测试系统，基于稳态热传导理论、对流-传导型深部热储温度反演理论实现浅层测温法的深部地温场反演，可快速圈定不同深度温度异常区，为地热勘查靶区选择、地下水体刻画、探测地下暗河、堤坝渗漏通道等提供了简便快捷的技术方法。
研究成果应用于苏北地热资源调查等项目，精确刻画了地下温度场空间分布，为浅层地热能利用、地热靶区选址、地下渗流场反演、隐伏构造刻画等提供了丰富直观的参考资料。
地下多源数据智能感知系统
随着城市化的不断推进，城市区强烈的社会经济活动，导致地貌塌陷、崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害和活动断裂、易液化砂土、软土等不良地质作用导致的地质安全事故逐渐增加，而且逐渐呈现出群发性、多样性的特点。
传统的城市地质环境监测技术单一、数据分散，加之城市内电场、磁场、震动等干扰强烈，难于形成有效的地质安全风险监测预警。
聚焦振动、温度、位移、变形、电磁场等环境参数变化，研发了城市地下多源信息智能感知技术，重点解决城市地质安全中涉及的工程安全监控量测及地质灾害监测预警领域的关键共性技术问题，集成创新基于温度、振动、倾向、倾角和地层结构等多源数据感知和联合采集技术，实现被动感知和主动探测数据自动采集，利用基于多源感知和探测的数据，建立了多源数据地质安全风险综合预警模型。
该技术具有三方面的优势：一是传感器植入方便。部署于地表即可通过观测的时长、数据的分析对一定区域和深度范围内地下多源信息进行感知，避免了因传感器植入对城市现有道路、建（构）筑物的破坏；二是适合大规模部署。地下多源感知系统单个传感器体积小、集成度高，可分布式部署到任何监测目标体之上，能通过有侧重点的规模部署同时实现区域控制和重点关注；三是多信息可对照性强。多传感器同址部署，集成无线传输，避免了多传感器因地质体各项异性带来的信息差，实现了多源信息同源感知。
该技术可在两个方面进行应用：一是通过感知地下地质结构微小损伤引发的振动信号，对松散地层中孔洞、岩土体开裂等发育过程监测预警，辅以位移、变形、温度等参数可为地面塌陷、地质灾害等防治提供有效支撑；二是通过长时间对地质体或建（构）筑物等目标体振动信息的监测，可计算一定范围内目标体的特征固有频率，可提前发现目标体内部结构损伤，可广泛应用于地下空间开发建设和运行管理全过程的监测。
未来，将通过野外观测、试验分析、机理推导，不断健全地下多源信息智能感知系统的感知效率和分析的准确度，为地下空间开发利用、地质灾害防治、建（构）筑物安全监测提供精准数据，服务城市地下空间安全利用，保障城市安全运行。