李強(qiáng)

（湖南省地質(zhì)調(diào)查院 湖南長沙 410000）

綜合物探在地質(zhì)災(zāi)害中的應(yīng)用

李強(qiáng)

（湖南省地質(zhì)調(diào)查院 湖南長沙 410000）

本文主要采用高密度電法及地震映像法為查明滑坡體中土洞及下伏灰?guī)r巖溶發(fā)育情況，為工勘及后期治理提供依據(jù)。

高密度電法；地震映像法；巖溶發(fā)育情況

寧遠(yuǎn)縣灣井鎮(zhèn)石坡腳村箭豬窩滑坡位于箭豬窩自然村3組，滑坡體積為15.81×104m3，屬中型淺層推移式土質(zhì)滑坡，滑坡自2013年8月出現(xiàn)變形開始，一直處于蠕動(dòng)變形階段，嚴(yán)重威脅滑坡下方51戶195人的生命財(cái)產(chǎn)安全，直接經(jīng)濟(jì)損失52萬元，潛在經(jīng)濟(jì)損失1090萬元。

從滑坡出現(xiàn)變形開始，該地質(zhì)災(zāi)害隱患引起了各級(jí)政府和相關(guān)主管部門的高度重視，為此派專人進(jìn)行監(jiān)測(cè)、設(shè)立警示標(biāo)志，并在1：5萬地質(zhì)災(zāi)害詳查中列為重要隱患點(diǎn)進(jìn)行勘查工作。

查閱工勘相關(guān)資料，滑坡周界范圍內(nèi)探明淺部土洞3個(gè)，溶洞5個(gè)，其中溶洞最大高度達(dá)7.3m。本次物探勘查目的為在原勘探基礎(chǔ)上進(jìn)一步查明淺部土洞、巖溶的發(fā)育分布情況，提高完善勘查控制程度，為后期的治理工程設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

1 勘查區(qū)地質(zhì)概況

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料和現(xiàn)場(chǎng)踏勘，查明淺部主要為第四系殘坡積粉質(zhì)粘土（Q4el+dl），下伏基巖泥盆系中統(tǒng)棋梓橋組（D2q）泥灰?guī)r和灰?guī)r。

根據(jù)鉆探揭露，滑坡區(qū)內(nèi)出露的地層為：

（1）粉質(zhì)粘土（Q4el+dl）：第四系殘坡積物，主要由灰?guī)r風(fēng)化殘積形成。廣泛分布滑坡區(qū)表層，為滑體表層地層。根據(jù)鉆孔揭露，厚度一般3.20～ 8.20m，黃褐色，稍濕，可塑-硬塑，結(jié)構(gòu)較緊密，切面較光滑，干強(qiáng)度高，韌性一般。

（2）全風(fēng)化泥灰?guī)r（D2q）：灰褐色，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要由方解石和粘土礦物組成，薄層狀，可見原巖結(jié)構(gòu)，遇水易軟化，巖芯呈土狀，本次勘探揭穿厚度3.00～7.70m。

（3）強(qiáng)風(fēng)化灰?guī)r（D2q）：灰褐色，巖體破碎，風(fēng)化裂隙很發(fā)育，中厚層狀，節(jié)理、裂隙極發(fā)育，巖體破碎，層厚薄，一般1.0～3.0m，巖芯呈碎塊狀和餅狀，本次勘探揭穿厚度2.30～6.10m。

（4）中風(fēng)化灰?guī)r（D2q）：灰色，灰褐色，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖芯多呈柱狀、短柱狀，鉆孔揭露最大厚度達(dá)8.30m，未揭穿。

2 測(cè)區(qū)地球物理特征

依據(jù)已有鉆孔資料顯示，工區(qū)上部為粉質(zhì)粘土，下部為灰?guī)r；根據(jù)已有資料表明一般第四系表層因接受大氣降水且多為耕地或稻田，土層濕度大，富含腐殖質(zhì)故其電阻率較低，約在10～50Ω·m之間，下部坡積層電性則因所含礫石比例及粒度的不同而變化較大，其電性約在90至數(shù)百歐米之間，基巖的電阻率隨地層的不同而變，泥質(zhì)灰?guī)r、薄層灰?guī)r，其電阻率一般在200～600Ω·m左右。土洞與巖溶電阻率一般與圍巖有較明顯的電性差異，土洞與巖溶未充填時(shí)電阻率一般高于圍巖，如充填則要小于圍巖?？傊炼磁c巖溶與圍巖是存在電性等差異的，以此為物探方法來尋找土洞及巖溶提供了地球物理依據(jù)。

3 工作布置及數(shù)據(jù)處理

3.1 工作布置

本次物探勘探測(cè)線布設(shè)原則以垂直于異常走向?yàn)樵瓌t布設(shè)，工區(qū)物探測(cè)線以垂直滑坡體布置，在垂直和水平方向分別布置間距相對(duì)均勻的測(cè)線，布設(shè)了勘探線7條，基本覆蓋了工區(qū)大部及外延50m范圍。

本次勘探布設(shè)點(diǎn)距為2.5m的高密度電法7條剖面，其中2線、4線、5線每條剖面長度為300m；1線、3線、6線、7線每條剖面長度為225m。布設(shè)點(diǎn)距2m地震映像法2條剖面，每條剖面長150m，剖面分別與高密度電法5線和7線重合。

3.2 工作方法

本次物探工作方法主要采用高密度電法、地震映像法。

3.2.1 高密度電法

高密度電阻率法是一種在方法技術(shù)上有較大進(jìn)步的電阻率法。其原理與常規(guī)電阻率法完全相同，同時(shí)具有很多優(yōu)點(diǎn)：電極的布設(shè)一次完成，測(cè)量過程中無須跑極，可防止因電極移動(dòng)而引起的故障和干擾；在一條觀測(cè)剖面上，通過電極變換或數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換可獲得多種裝置的視電阻率ρs等值線斷面圖，可進(jìn)行資料的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)處理與成圖解釋。

本次工作采用α排列（溫納裝置AMNB），測(cè)量斷面為倒梯形。測(cè)量時(shí)，AM=MN=NB為一個(gè)電極間距，A、M、N、B從一端起始點(diǎn)往終點(diǎn)逐點(diǎn)同時(shí)向一個(gè)方向移動(dòng)，得到第一條剖面；接著AM、MN、NB增大一個(gè)電極間距，A、M、N、B又一端起始點(diǎn)往終點(diǎn)逐點(diǎn)同時(shí)向一個(gè)方向移動(dòng)，得到另一條剖面；這樣不斷掃描測(cè)量下去，得到倒梯形斷面。本次高密度電法電極距采用5m，一個(gè)排列為60根電極，一個(gè)斷面滾動(dòng)58次。

工作儀器采用重慶奔騰數(shù)控技術(shù)研究所研制的WGMD-3高密度電阻率測(cè)量系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有存儲(chǔ)量大、測(cè)量準(zhǔn)確快速、操作方便等特點(diǎn)，與高密度電法處理軟件配合使用，解釋工作更加方便直觀。儀器性能穩(wěn)定，測(cè)量精度高，觀測(cè)的數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠，滿足相關(guān)的規(guī)范技術(shù)要求。

3.2.2 地震映像法

地震映像法是繼反射波多次覆蓋技術(shù)后，近年來發(fā)展的一門工程物探新技術(shù)，它是以物性（主要為密度）對(duì)地震波傳播的差異為基礎(chǔ)的地球物理勘察方法，其優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)處理簡單，不需作動(dòng)校正（當(dāng)偏移距為零時(shí)），因此，不存在由于動(dòng)校正造成的波形拉伸畸變或近地表廣角反射引起的畸變。通常把野外采集的地震波形記錄在計(jì)算機(jī)上經(jīng)過濾波等數(shù)據(jù)處理后再進(jìn)行壓密，對(duì)反射能量以不同的、可變換的顏色表示，即可直觀地反映出地質(zhì)體的變化特征和形態(tài)。尤其針對(duì)溶洞、斷層，滑坡面等不良地質(zhì)體，因這些地質(zhì)體與其圍巖之間會(huì)存在較明顯的密度、波速等物性差異，用該方法則更易判定地質(zhì)構(gòu)造特征。

地震映像法在野外工作中，通常是在最佳窗口內(nèi)選擇一個(gè)最佳公共偏移距，然后移動(dòng)震源（一般采用18～24磅鐵錘錘擊作為震源），保持所選定的偏移距進(jìn)行單道或幾道接收。當(dāng)?shù)叵麓嬖谝欢ǚ秶目斩矗ㄈ芏矗r(shí)，根據(jù)彈性波惠更斯原理，在空洞的位置會(huì)產(chǎn)生繞射波，同相軸的特征表現(xiàn)為“眼球型”，因此可根據(jù)反射剖面圖來分析繞射波特征，判斷空洞情況，由于是在最佳窗口內(nèi)選擇的公共偏移距，因此不受振幅和相位變化的影響，可在現(xiàn)場(chǎng)顯示出似t0時(shí)間剖面圖來進(jìn)行初步的解釋分析。

本次工作采用采用40Hz檢波器，偏移距3m，道間距、點(diǎn)距均為2m進(jìn)行測(cè)量。地震映像法工作儀器采用重慶地質(zhì)儀器廠的DZQ-48高分辨率淺層地震儀。

3.3 數(shù)據(jù)處理

高密度電阻率法數(shù)據(jù)處理包括數(shù)據(jù)預(yù)處理和反演處理兩部分。

數(shù)據(jù)預(yù)處理主要包括：①編輯視電阻率值，在規(guī)范允許范圍內(nèi)，對(duì)突變點(diǎn)和噪聲引起的畸變數(shù)據(jù)進(jìn)行剔除；②對(duì)由多個(gè)測(cè)量斷面組成的剖面進(jìn)行拼接；③把各電極所對(duì)應(yīng)的平面坐標(biāo)添加到數(shù)據(jù)文件中；④對(duì)于地形起伏較大的剖面，把高程坐標(biāo)添加到數(shù)據(jù)文件中，以備反演處理時(shí)進(jìn)行地形校正處理。

野外采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過反演計(jì)算，轉(zhuǎn)換為深度-電阻率的關(guān)系，以獲得地下地電斷面的特征。反演處理主要包括：根據(jù)地質(zhì)調(diào)查資料建立初始的二維地電模型、選擇反演參數(shù)（阻尼系數(shù)、迭代次數(shù)、收斂極限）等，然后采用最小二乘法進(jìn)行反演計(jì)算，查看反演結(jié)果，最后進(jìn)行地形校正，獲得最終的地下地電斷面，用于地質(zhì)解釋。

高密度電法勘探依據(jù)巖層對(duì)直流導(dǎo)電時(shí)電阻率的差異，地下地層由于成因環(huán)境不同，同時(shí)受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，從而在縱向和橫向上產(chǎn)生視電阻率的變化；此外，巖層視電阻率值不僅與地層結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、成份、成因有關(guān)，還與其巖石的顆粒大小，密度，地下水含量等因素有關(guān)。研究這些物性特征，可以推斷地下地層的巖性、分布規(guī)律、斷裂（土洞、溶洞、巖溶、破碎帶等）構(gòu)造、富水性等。

在斷面上，視電阻率等值線密集帶或橫向斜率突變帶，說明在該處兩側(cè)存在不同地質(zhì)體，往往是不同電性地質(zhì)層的分界處或斷裂帶；推斷斷裂時(shí)，低電阻顯示區(qū)范圍廣，視電阻率值過低，很可能為斷裂破碎嚴(yán)重區(qū)；推測(cè)溶洞時(shí)，因溶洞為水溶蝕形成，如果含水溶洞，或充填松散物，則電阻率與圍巖呈相對(duì)低阻關(guān)系，因溶洞發(fā)育不同，低阻形態(tài)不一，如果溶洞溶蝕為空洞，空氣填充，則地下溶洞表現(xiàn)出高阻圈閉異常。

在資料分析中，判別異常區(qū)主要是根據(jù)電阻率值變化及電阻率等值線的形態(tài)等綜合因素考慮的。

地震映像法處理基本流程：

（1）對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行解編和格式轉(zhuǎn)換；

（2）記錄連接和道炮編輯，并定義觀測(cè)系統(tǒng)；

（3）地形校正、振幅恢復(fù)和道均衡；

（4）一維帶通濾波、FK二維濾波以及預(yù)測(cè)反褶積；

（5）去噪和修飾性處理。

資料解釋：

應(yīng)用地震映像對(duì)巖溶的探測(cè)，從地震映像剖面上識(shí)別相關(guān)的巖溶現(xiàn)象（如溶洞、裂隙、溶蝕等）是最重要的，而地震波在巖溶、基巖響應(yīng)上有其特有的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特征：①地震波在不連續(xù)界面處的反射系數(shù)，主要取決于界面兩側(cè)的波阻差異；②反射同相軸的連續(xù)性，主要取決于界面的幾何形態(tài)。通常，地震波在傳播過程中，當(dāng)遇到溶洞、落水洞或其它洞穴時(shí)有較強(qiáng)的反射；當(dāng)溶洞被水或者泥、巖屑充填時(shí)，在溶洞的反射系數(shù)可達(dá)0.5。如果溶洞沒有充填，徑向系數(shù)更高。

巖溶在地震時(shí)間剖面上的響應(yīng)異常，主要表現(xiàn)為：①以典型繞射形式存在，反射波的同相軸成弧型，其頂點(diǎn)對(duì)應(yīng)與溶洞頂部對(duì)應(yīng)；②反射信號(hào)微弱，甚至缺失，局部形成空白區(qū)域；③反射波的同相軸紊亂，連續(xù)性差，有時(shí)與旁邊的同相軸完全錯(cuò)斷。

4 綜合成果分析

綜合成果分析主要以500線作為分析對(duì)象，經(jīng)過綜合分析之后為后續(xù)進(jìn)一步的治理提供了較好的依據(jù)。

（1）經(jīng)過高密度電法及地震映像法工作，結(jié)合地質(zhì)資料及鉆探推測(cè)認(rèn)為：工作區(qū)地層上部主要為第四系粘土，深度在0～5m不等，下伏基巖為灰?guī)r巖溶相對(duì)發(fā)育。

（2）滑坡體上部巖溶相對(duì)不發(fā)育，下部巖溶發(fā)育且主要為半充填型溶洞。下部滑坡中有相當(dāng)部分的粘土經(jīng)過巖溶通道流失，導(dǎo)致滑坡體在下滑過程中下部伴隨地面沉陷。

（3）結(jié)合物探異常的分析，估算出巖溶的體積約為3598m3。

（4）依據(jù)巖溶發(fā)育的不同，將巖溶分為兩類：①為淺部巖溶即在7～12m以內(nèi)的溶洞。②為7～20以內(nèi)中間溶洞層疊，巖溶向深部發(fā)育。

5 結(jié)束語

（1）通過以上工作區(qū)所進(jìn)行的高密度電法及地震映像法測(cè)量與實(shí)際鉆孔的對(duì)應(yīng)情況，認(rèn)為這兩種方法成果基本反映了工作區(qū)內(nèi)的實(shí)際地層分布情況，電性層與地質(zhì)層有一定的對(duì)應(yīng)規(guī)律。

（2）高密度電法及地震映像的定性與定量解釋，應(yīng)結(jié)合已有鉆孔資料進(jìn)行綜合分析，從中找出一定規(guī)律，從已知到末知，提高對(duì)原始資料的解釋精度。

（3）物探在地質(zhì)災(zāi)害中巖溶勘查及城市環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用將越來越重要，應(yīng)多進(jìn)行相關(guān)的試驗(yàn)工作，確保方法的有效性、考慮城市物探施工的方便性，以得到相應(yīng)的設(shè)計(jì)目的。

[1]李金璽，雷宛，鄒俊.地震映像解釋方法.[J].中國地球物理，2006.

[2]鄧居智，劉慶成，莫撼.高密度電阻率法在水壩隱患探測(cè)中的應(yīng)用工程勘查[J].2002（6）：62～64.

P642.22

A

1004-7344（2016）26-0201-02

2016-9-1

李強(qiáng)（1987-），男，助理工程師，本科，主要從事物探方面的工作。