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        淺析綜合物探方法在巖溶塌陷地質(zhì)災(zāi)害勘查中的應(yīng)用

        2021-12-09 20:12:20趙慶鋼馬晨曾國(guó)龍
        西部資源 2021年2期
        關(guān)鍵詞:方法

        趙慶鋼 馬晨 曾國(guó)龍

        摘要:巖溶塌陷引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害對(duì)人民生命財(cái)產(chǎn)造成的影響巨大。目前,探測(cè)塌陷區(qū)的物探方法種類(lèi)繁多,通過(guò)綜合運(yùn)用物探方法,取其優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)對(duì)杉樹(shù)坡中心地面塌陷為研究對(duì)象,運(yùn)用高密度電法、瞬間電磁法和地質(zhì)雷達(dá)相結(jié)合的物探方法探測(cè)重點(diǎn)塌陷區(qū)域,查明塌陷區(qū)及覆蓋層厚度、地質(zhì)構(gòu)造和地層巖性變化,為后期地面塌陷災(zāi)害治理提供了科學(xué)依據(jù)。通過(guò)三種物探方法相結(jié)合的應(yīng)用,物探勘查效果顯著。證明這三種方法相結(jié)合是碳酸鹽巖地區(qū)巖溶塌陷地質(zhì)災(zāi)害勘查中非常有效的綜合物探方法。

        關(guān)鍵詞:高密度電法;巖溶塌陷;綜合物探;碳酸鹽巖;地質(zhì)災(zāi)害

        1.前言

        巖溶塌陷(KARST COLLAPSE)是巖溶洞穴、上覆沉積物及地下水,構(gòu)成固體、液體及氣體三相力學(xué)平衡體系,地下水位變動(dòng)達(dá)到一定幅度,平衡破壞,上覆松散沉積物突然塌落,形成上大下小的圓錐形塌陷坑。巖溶塌陷可分為兩種,一種是“土層塌陷”;另一種是“基巖塌陷”,在碳酸鹽巖分布區(qū)上有松散土層覆蓋,塌陷主要發(fā)生在土層中,稱(chēng)為“土層塌陷”,發(fā)育數(shù)量多、分布廣;若洞隙頂板的各類(lèi)巖石較破碎時(shí),導(dǎo)致頂板陷落的塌陷稱(chēng)為“基巖塌陷”。針對(duì)地面塌陷勘查的地球物理探測(cè)技術(shù)方法較多,目前,地表塌陷區(qū)勘查主要以物探為主,結(jié)合鉆探驗(yàn)證的方法。充分利用物探方法的優(yōu)點(diǎn),選擇合適的物探勘查方法,本文通過(guò)選用高密度電法、瞬變電磁法、地質(zhì)雷達(dá)法三種物探方法結(jié)合進(jìn)行。

        2.物探方法的選擇

        巖溶塌陷地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生是由于可溶巖的存在,特別是在西南山區(qū)碳酸鹽巖的大面積分布,巖溶塌陷地質(zhì)災(zāi)害給人民生命財(cái)產(chǎn)造成了極大損失。詳見(jiàn)表1。

        初步查明塌陷點(diǎn)的成因以及附近區(qū)域淺部可能存在的巖溶、裂隙、巖石破碎分布情況。隱伏土洞發(fā)生和發(fā)展是導(dǎo)致巖溶地區(qū)地表塌陷的直接原因,危害極大。在碳酸巖鹽巖地區(qū)巖溶塌陷地質(zhì)災(zāi)害勘查中最重要的物探方法為瞬變電磁法、地質(zhì)雷達(dá)等方法,對(duì)勘查隱伏土洞效果顯著且測(cè)線受地形地物限制較小。

        3.工程實(shí)例

        若汛期持續(xù),各地地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā),在杉樹(shù)坡村共出現(xiàn)三處塌陷,給當(dāng)?shù)卮迕駧?lái)嚴(yán)重的安全隱患。為查明塌陷成因,為下步災(zāi)害治理提供依據(jù),為此承擔(dān)杉樹(shù)坡村巖溶塌陷物探勘查工作,在杉樹(shù)坡村指定范圍內(nèi)開(kāi)展物探測(cè)量工作,并根據(jù)實(shí)測(cè)成果編制提交物探勘查報(bào)告。

        3.1勘查方法技術(shù)概述

        在巖溶發(fā)育地區(qū)物探勘查方法的選擇對(duì)目標(biāo)體的探測(cè)尤為重要,方法的有效性和針對(duì)性直接關(guān)系探測(cè)精度,是否高質(zhì)量高標(biāo)準(zhǔn)完成目的任務(wù),取決于方法選用以及解釋結(jié)果。本次物探工作共完成實(shí)測(cè)高密度電法剖面1條,點(diǎn)距2m~3m。實(shí)測(cè)瞬變電磁法剖面1條,點(diǎn)距2m~4m。實(shí)測(cè)地質(zhì)雷達(dá)剖面1條,點(diǎn)距0.5m。

        3.1.1高密度電法工作方法及效果評(píng)價(jià)

        高密度電阻率法是一次性布極,多道高密度采樣的地面電阻率法的一個(gè)變種,其實(shí)質(zhì)是具有測(cè)深與剖面測(cè)量性質(zhì)的電阻率法,與傳統(tǒng)電阻率方法原理完全相同,即以地下介質(zhì)的電性差異為物質(zhì)前提,通過(guò)分析研究人工場(chǎng)源的分布及變化規(guī)律尋找目標(biāo)異常體。特點(diǎn)是:信息量大、分辨率高,全自動(dòng)、快速采樣、效率高、解釋方便和精度高等優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)高密度電法測(cè)量,對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)處理,結(jié)合地質(zhì)資料綜合分析,推測(cè)出滑坡堆積體的分布及厚度。

        本工作區(qū)最終主要采用溫納排列高密度電阻率法裝置進(jìn)行測(cè)量。溫納排列工作方式為見(jiàn)圖1:

        從圖2分析:電阻率反應(yīng)明顯,物性層位清晰,電性層為高阻—低阻—高阻三個(gè)層位,根據(jù)收集資料及實(shí)際情況分析:物探推斷分別為素填土(砂土、碎石等松散堆積體)—紅黏土層—基巖層(石灰?guī)r)三層。具體分析如下:

        剖面0m~297m,埋深0m~16m為一橫向間斷高阻反映,電阻率在300Ω·m~3000Ω·m,推測(cè)為砂土、碎石等松散堆積體。在整條剖面,埋深2m至25m為一似層狀低阻異常,電阻率在2Ω·m~70Ω·m,推測(cè)為紅黏土層。在整條剖面的中深部,電阻率整體為高阻特征,電阻率在300Ω·m~3000Ω·m,推測(cè)為完整的石灰?guī)r層。本次高密度電法物性層位清晰,素填土層、紅黏土層以及關(guān)嶺組(T2g)石灰?guī)r層均反應(yīng)明顯,未發(fā)現(xiàn)較大的裂隙、巖溶等含水低阻異常體。

        3.1.2瞬變電磁法工作方法及效果評(píng)價(jià)

        瞬變電磁法是利用不接地回線或電極向地下發(fā)送脈沖式一次電磁場(chǎng),用線圈或接地電極觀測(cè)由該脈沖電磁場(chǎng)感應(yīng)的地下渦流產(chǎn)生的二次電磁場(chǎng)的空間和時(shí)間分布,來(lái)解決有關(guān)地質(zhì)問(wèn)題的時(shí)間域電磁法。該方法受地形影響相對(duì)較小,觀測(cè)的是純二次場(chǎng),勘探深度相對(duì)較深等優(yōu)勢(shì)。根據(jù)地球物理?xiàng)l件、勘探目的與任務(wù),經(jīng)周邊地區(qū)經(jīng)驗(yàn)及以往物探方法選擇應(yīng)用綜合考慮,本次物探勘查選用重疊回線裝置。圖3為本次測(cè)量裝置原理示意圖。

        全區(qū)共發(fā)現(xiàn)較明顯物探低阻異常區(qū)4個(gè),分別推測(cè)為裂隙發(fā)育導(dǎo)含水或砂泥巖充填引起,本次瞬變電磁法異常主要集中在素填土層,因此未推測(cè)異常帶。整條剖面共發(fā)現(xiàn)4處較明顯異常區(qū)(S2-1、S2-2、S2-3、S2-4)(見(jiàn)圖4杉樹(shù)坡村巖溶塌陷物探工作S02線剖面成果圖)。具體解釋如下:

        3.1.3地質(zhì)雷達(dá)工作方法及效果評(píng)價(jià)

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