張曉周

（遼寧省冶金地質(zhì)四〇一隊(duì)有限責(zé)任公司，遼寧 大連 116100）

巖溶是可溶性巖石以水溶解為主的化學(xué)溶蝕作用，伴隨機(jī)械作用而形成溝槽、裂隙、洞穴等的總稱(chēng)，如巖溶頂部不斷被地表水或地下水不斷沖蝕或溶蝕，便會(huì)形成土洞，土洞一般比較不穩(wěn)定，很容易塌陷，形成地質(zhì)災(zāi)害[1]。

根據(jù)巖溶的形成機(jī)制可知，巖溶為可溶性巖石中的空穴，及時(shí)內(nèi)部存在水、泥沙、碎石等填充物，其與基巖波阻抗也會(huì)存在明顯差異，在巖溶邊界地震波會(huì)發(fā)生繞射現(xiàn)象，進(jìn)而使得其同相軸發(fā)生畸變（錯(cuò)斷、上凸、下凹等），或?qū)е碌卣鸩▌?dòng)力學(xué)特征發(fā)生突變，并可根據(jù)這些突變確定探測(cè)巖溶的大致水平位置。本文結(jié)合遼寧某地巖溶探測(cè)實(shí)際案例，介紹一下淺層地震兩種常用方法，即地震映像法（以下簡(jiǎn)稱(chēng)映像法）和反射波水平多次疊加法（以下簡(jiǎn)稱(chēng)疊加法）。筆者根據(jù)兩者各自原理特點(diǎn)及適用性，在不同施工地段選取適用方法，詳細(xì)討論兩者相結(jié)合在巖溶探測(cè)中的實(shí)際應(yīng)用效果。

1 工作區(qū)概況

1.1 地質(zhì)概況

1.1.1 地層

（1）元古界遼河群大石橋組三段（Ptlhd3）。本區(qū)該組地層巖性主要為白云石大理巖，此類(lèi)巖石為碳酸鹽類(lèi)，在地下水作用下極易形成溶洞等地質(zhì)現(xiàn)象，巖溶和裂隙發(fā)育[2]。

白云石大理巖：灰白色，風(fēng)化后灰色或灰黃色，細(xì)粒或不等粒變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。主要由白云石90%、石英5%組成。含少量滑石、磁鐵礦和碳質(zhì)物。巖石表面有水垢、溶蝕孔等現(xiàn)象。

（2）新生界第四系（Q）。主要分布在溝谷、河流的兩岸及山間洼地，構(gòu)成河床及溝谷的沖積層和沖積扇裙。在山坡形成殘積和坡積物。巖性為粘土、砂土、砂礫及礫石等,厚度0.5m ～17.5m。

1.1.2 構(gòu)造

從區(qū)域來(lái)看，該區(qū)構(gòu)造以北西向及近東西向斷裂為主，工作區(qū)附近以進(jìn)東西向構(gòu)造為主，已探明的地下河或巖溶群多沿構(gòu)造分布。

1.2 地物地貌

工作區(qū)整體呈現(xiàn)兩邊高中間低的地勢(shì)，中間最低處為一條南北走向季節(jié)性河流，河流兩側(cè)相對(duì)較為平坦，為居民區(qū)，人工堆積物及建筑垃圾較多，民房分布對(duì)地震測(cè)線布設(shè)形成障礙。施工期為枯水期，河道及漫灘均為鵝卵石河沙及雜草堆積物。塌陷處位于村健身場(chǎng)地河道附近，為典型土洞塌陷。

經(jīng)調(diào)查附近歷年出現(xiàn)坍塌亦均為土洞塌陷，且基本沿河分布，據(jù)此可知走向近東西的巖溶群，在河道附近更以發(fā)展成土洞。因此調(diào)查探測(cè)重點(diǎn)區(qū)應(yīng)設(shè)置和兩側(cè)[3]。

2 地震方法原理

2.1 探測(cè)原理及特點(diǎn)

（1）映像法。映像法是基于所謂最佳偏移距技術(shù)發(fā)展起來(lái)的一種地震勘探方法,在探測(cè)中可以利用多種波（折射波、反射波、繞射波，面波等）作為有效波來(lái)進(jìn)行探測(cè)。在這種方法中的最佳時(shí)間窗口內(nèi)選擇一個(gè)公共的偏移距，每次激發(fā)后用一道接收，然后沿測(cè)線方向同時(shí)移動(dòng)炮點(diǎn)和檢波器，最后獲得一條地震映像時(shí)間剖面。其原理示意圖如下所示。

圖1 地震映像探測(cè)原理示意圖

地震映像法的優(yōu)點(diǎn)：對(duì)施工場(chǎng)地要求相對(duì)較低，由于選擇的公共偏移距，因此不受振幅和相位變化影響，容易正確識(shí)別同相軸，不需做動(dòng)校正，工作效率較高，適用場(chǎng)地條件相對(duì)寬松，受地形及連續(xù)變化低速帶影響相對(duì)較?。蝗秉c(diǎn)抗干擾能力差，且無(wú)法時(shí)深轉(zhuǎn)換。

（2）疊加法。疊加波法勘探是利用不同地下介質(zhì)彈性差異，引起地震波速場(chǎng)的變化，從而產(chǎn)生彈性異常（速度不同），并在分界面產(chǎn)生反射現(xiàn)象。實(shí)際測(cè)量時(shí)由于地震波多次反射及隨機(jī)干擾（車(chē)輛經(jīng)過(guò)）造成有效波信息淹沒(méi)其中，難以分辨，采用單次觀測(cè)往往難以準(zhǔn)確判斷達(dá)到探測(cè)目的。因此實(shí)際野外觀測(cè)時(shí)往往采取在測(cè)線上不同點(diǎn)激發(fā)、相應(yīng)點(diǎn)接收來(lái)自地下界面相同反射點(diǎn)的多個(gè)地震記錄道（CMP）進(jìn)行疊加，疊加后多次波及隨機(jī)干擾大多被削弱，從而達(dá)到突出有效波提高信噪比的目的。數(shù)據(jù)處理時(shí)通過(guò)對(duì)多道反射結(jié)果進(jìn)行速度分析、動(dòng)校正及共CMP疊加，將其轉(zhuǎn)化為t0 時(shí)間共深度點(diǎn)疊加道集，最后時(shí)深轉(zhuǎn)換根據(jù)反射波同向軸變化確定巖溶位置 。探測(cè)原理見(jiàn)圖2。

圖2 地震反射波水平3 次疊加探測(cè)原理示意圖

疊加法勘探優(yōu)點(diǎn)：可以對(duì)多次反射有效壓制抗干擾能力強(qiáng)，精度較高，對(duì)構(gòu)造及巖溶反應(yīng)較為準(zhǔn)確；缺點(diǎn)：對(duì)場(chǎng)地要求較高，對(duì)于地表低速帶連續(xù)變化地段靜校正效果欠佳地段探測(cè)能力較差，工作效率較低，施工成本較高。

針對(duì)布置地震測(cè)線場(chǎng)地實(shí)際情況，結(jié)合地震方法特點(diǎn)，通過(guò)方法試驗(yàn)，認(rèn)為映像法適合地表低速帶變化復(fù)雜、地形多變地段（建筑垃圾場(chǎng)地及河灘）；反射波法適合地表人工硬化地段（水泥廣場(chǎng)及板油路面）探測(cè)。

3 探測(cè)結(jié)果及解譯

（1）Ⅰ號(hào)剖面。

圖3 Ⅰ線地震映像剖面圖

由上圖，由于其靠近小河且與之平行，該剖面兩端均為河漫灘低速帶，中間為農(nóng)戶及庭院健身廣場(chǎng)水泥硬化地段。映像剖面位置道號(hào)：24 ～29（48m ～58m）、36 ～45（72m ～90m）、52 ～57（104m ～114m）處出現(xiàn)同相軸畸變，為明顯的繞射波特征，中間地表硬化地段，同向軸相對(duì)雜亂，為多次反射影響。其中第2 處異常中心（道號(hào)42）即為塌陷位置，據(jù)此推斷該物探異?？赡芘c巖溶有關(guān)。

（2）Ⅱ號(hào)剖面。

圖4 Ⅱ線地震映像剖面圖

圖5 Ⅱ線地震反射波水平3 磁疊加剖面圖

由上二圖：由于其靠近小河且與之平行，該剖面南部為河漫灘，北部柴草堆積層及建筑垃圾，均為低速帶，中間為農(nóng)戶及庭院健身廣場(chǎng)水泥硬化地段。對(duì)應(yīng)地震映像剖面位置道號(hào)：14 ～21（28m ～42m）、46 ～54（92m ～108m）處出現(xiàn)同相軸畸變以及振幅頻率變化，為明顯的繞射波特征，但由于中間硬化地段多次反射同向軸過(guò)于雜亂，探測(cè)效果較差，因此針對(duì)硬化地段布設(shè)反射波剖面。結(jié)果顯示距起點(diǎn)75 ～82（寬度7m）深度15m ～23m、樁號(hào)101 ～107（寬度6m）深度11m ～26m 處出現(xiàn)反射波同向軸上部上凸，下部下凹，能量減弱（振幅突然減?。┗蛲蛑茈s亂現(xiàn)象，推測(cè)均為巖溶引起。

（3）Ⅲ號(hào)剖面。

圖6 Ⅲ線地震反射波水平3 磁疊加剖面圖

由上圖，距西端55m 附近同向軸錯(cuò)斷，推斷有斷層存。距西端25m ～34m（寬度9m）深度20m ～27m、66 ～78（寬度12m）深度17m ～25m 處出現(xiàn)反射波同向軸上部上凸，下部下凹，能量變化（振幅突然減小或增大）或同向周雜亂現(xiàn)象，推測(cè)均為巖溶引起。

4 驗(yàn)證結(jié)果

Ⅰ號(hào)剖面，針對(duì)映像法剖面推斷三處巖溶位置，自南向北布設(shè)布設(shè)ZK1、ZK2 和ZK3 號(hào)驗(yàn)證孔結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 Ⅰ號(hào)剖面鉆探驗(yàn)證結(jié)果

Ⅱ號(hào)剖面，針對(duì)映像法及疊加法剖面推斷三處巖溶位置，自南向北布設(shè)ZK4、ZK5 和ZK6 號(hào)驗(yàn)證孔結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 Ⅱ號(hào)剖面鉆探驗(yàn)證結(jié)果

Ⅲ號(hào)剖面，針對(duì)疊加法剖面推斷兩處巖溶位置，自南向北布設(shè)ZK7 和ZK8 號(hào)驗(yàn)證孔結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 Ⅲ號(hào)剖面鉆探驗(yàn)證結(jié)果

由鉆探驗(yàn)證結(jié)果顯示，淺層地震推斷巖溶位置較為準(zhǔn)確；由ZK6 和ZK7 鉆孔（分別對(duì)應(yīng)Ⅱ號(hào)疊加剖面2 號(hào)異常和Ⅲ號(hào)疊加剖面1 號(hào)異常），在深部（25m 以下）有頂?shù)卓缍容^大或多層巖溶存在，但由于淺部存在具有松散填充物的巖溶，地震波衰減較大，對(duì)深部巖溶反應(yīng)不明顯。

5 結(jié)論

（1）針對(duì)工作區(qū)復(fù)雜施工條件，對(duì)于地形變化較大或淺表低速帶變化復(fù)雜和地表硬化地段，分別選用映像法和疊加法；兩種方法相結(jié)合探測(cè)，相輔相成，不僅可以相互彌補(bǔ)不足還可以相互印證，探測(cè)效果較好。

（2）通過(guò)鉆探驗(yàn)證，各剖面同向軸彎曲或振動(dòng)特征發(fā)生變化，出現(xiàn)明顯繞射散射位置，處均見(jiàn)由沙土填充或無(wú)填充物巖溶，證明推斷結(jié)果可靠。

（3）鉆探驗(yàn)證結(jié)果顯示，該區(qū)巖溶為巖溶群，在不同深度均有分布，頂?shù)卓缍容^大巖溶多被碎石及沙填充。由于錘擊震源能量較小，由于散射作用，在其穿透淺部填充物后，能量衰減較大，深部反射波振幅很小，因此兩種方法深部（25m 以下）垂向分辨率均較差。