王榭，楊曉林

吉林省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查所，吉林 長春 130000

0 引言

地表裂縫對建筑建設(shè)施工過程當中是比較大的隱患，尤其是在沉積巖區(qū)地表，一方面因為砂泥巖巖性較脆，另一方面在砂泥巖互層的地層中裂縫延伸的終點并不明確[1]，所以在沉積巖區(qū)開展地面工程施工的過程中，對地表出現(xiàn)的裂縫應(yīng)予以足夠的重視。

本文以在吉林省延邊州和龍市所開展的一處建筑項目開展過程中所出現(xiàn)的地表裂縫勘探為例，進一步探討在該類粒級較細的沉積巖地層中出現(xiàn)裂縫時，開展地球物理勘探工作所要注意的一些要點與相應(yīng)特殊情況的討論。

考慮到裂縫所處地層物性與裂縫自身物性有所區(qū)別，故而對該實例中出現(xiàn)的地表裂縫的識別可以采用高密度電阻率法對地下電阻率進行測量，結(jié)合數(shù)據(jù)反演結(jié)果來對裂縫的傾角與延伸情況進行直觀的識別[2-3]。

1 地質(zhì)概況

出現(xiàn)地表裂隙的工作區(qū)所處位置地貌相對較為平坦，海拔高度為515～517 m。工作區(qū)內(nèi)主要為沉積條件形成的地層，巖性以泥質(zhì)粉砂巖為主。在表層有第四紀風化物覆蓋，并有部分區(qū)域在農(nóng)田地內(nèi)，在工區(qū)地表多處有砂石回填與硬化路面。因為工區(qū)范圍較小，地質(zhì)情況相對單一。

1.1 地層概況

工區(qū)主要地層為白堊系下統(tǒng)大拉子組。該套地層為一套陸相碎屑沉積巖系，根據(jù)沉積旋回特征與古生物特征劃分為上下兩段，上段為紅色砂巖、粉砂巖、頁巖、泥巖互層，下段以黃褐色礫巖、砂巖為主。

在該套地層中，由于砂泥巖互層情況的存在，使得地層在不同位置有不同的脆性表現(xiàn)，從而讓裂縫發(fā)育更傾向于在脆性較高的砂巖層中發(fā)育，而脆性較低的泥巖層則會一定程度的延緩甚至阻止裂縫的發(fā)育。

1.2 構(gòu)造概況

該工區(qū)的基礎(chǔ)構(gòu)造類型為一套盆地構(gòu)造，在盆地南端存在侏羅紀與中元古代花崗巖的斷層接觸，證明該盆地的形成過程中受到南北向擠壓的控制。

同時，在工區(qū)所在區(qū)域內(nèi)有一縱貫南北的大斷裂，該斷裂為南北走向，向西傾，傾角40°～50°，切割了白堊紀及白堊紀以前的地層及巖漿巖。沿斷裂有晚白堊世次火山巖侵入與脈巖填充，故而推斷該構(gòu)造對全區(qū)應(yīng)力分布有著基礎(chǔ)性的作用。

在之后的新構(gòu)造運動中，工區(qū)所在區(qū)域呈現(xiàn)強烈的抬升特點，本區(qū)自第三紀初期至末期，地殼一直處于緩慢上升狀態(tài)，正常沉積作用停止，缺失下第三紀地層，而第四紀下更新世玄武巖存在溢出現(xiàn)象，使得該區(qū)域沒有接受第四紀沉積，表現(xiàn)出新構(gòu)造運動的繼承性的特點。

2 工作方法

為了探明工區(qū)內(nèi)裂隙的展布情況，在對既有地質(zhì)概況進行分析的基礎(chǔ)上只能大體上分析裂隙發(fā)育方向，但對裂隙的縱向延伸深度與裂隙在地下走向、傾向、傾角等信息無法直接觀測到，故而在這里需要采用地球物理方法進行勘探。

由于利用地球物理方法對地下勘測的方法眾多，故而需要提前對工作區(qū)進行踏勘，進而選取合適的地球物理勘探方法。本次工作區(qū)內(nèi)裂隙在地表處可見寬度約為1 m，考慮到其為表層裂隙且處于較為疏松的沉積巖區(qū)，故而應(yīng)該選取分辨率較高的地球物理方法進行勘探[4]?？紤]到裂隙與周圍地層在電性上應(yīng)該存在差異，在此基礎(chǔ)上選取高密度電阻率剖面法進行探測較為合適。

在確定了具體勘探方法之后，根據(jù)工作區(qū)內(nèi)裂隙的具體情況來制定具體施工計劃，對此工區(qū)內(nèi)出現(xiàn)的裂隙進行綜合研判后，確定以電極間距1 m，剖面間距10 m來開展高密度電阻率工作。工作過程中利用測繩對電極進行嚴格的定位，從而確保采集數(shù)據(jù)的質(zhì)量[5]。

3 資料處理及解釋推斷

3.1 資料處理

在確保所采集的電阻率數(shù)據(jù)質(zhì)量的基礎(chǔ)上，對資料開展后期處理工作。

首先對資料中明顯有錯漏的數(shù)據(jù)進行剔除，假如異常數(shù)據(jù)較多的剖面應(yīng)該進行重新采集，而后對原始數(shù)據(jù)進行成圖分析。

如圖1，對工區(qū)7線原始數(shù)據(jù)進行成圖可以看出，該地區(qū)由于地層較為稀疏，加之連續(xù)陰雨導致地下含水量較高，表現(xiàn)在電阻率剖面上的即為斷面圖上出現(xiàn)大面積低阻區(qū)域，且可能存在淺層低阻屏蔽的情況，進一步對最終結(jié)果的分析進行了干擾。

圖1 7線視電阻率原始數(shù)據(jù)斷面圖

面對這種由于地層富含水分導致的電阻率較低的情況，就要從施工與數(shù)據(jù)處理兩方面入手予以解決：一方面在施工時要密切關(guān)注接地電阻，保證各個電極接地電阻大致相等，從而減小淺層低阻屏蔽對最終數(shù)據(jù)的影響；另一方面在數(shù)據(jù)處理過程中要在對每一條剖面進行反演的時候密切關(guān)注數(shù)據(jù)質(zhì)量，對誤差較大的數(shù)據(jù)進行重采，并充分優(yōu)化反演過程中各項參數(shù)，以期達到最好的效果。

在此次工作中的反演階段，采用的是瑞典的二維高密度反演軟件進行數(shù)據(jù)反演計算，在最小二乘擬合反演的過程中通過不斷對比正演模型與反演數(shù)據(jù)體來不斷擬合，從而減小誤差，提升結(jié)果可信度。在參數(shù)控制方面，本次反演過程中使用最精細網(wǎng)格作為正演過程中的約束，并對每次擬合迭代都選擇重新完全的計算雅克比矩陣。

3.2 數(shù)據(jù)解譯推斷

通過對最終的反演電阻率斷面圖進行分析，結(jié)合地質(zhì)認識來對區(qū)域內(nèi)裂隙情況進行綜合評判見圖2、圖3。

圖2 1線二維反演視電阻率斷面圖

圖3 11線二維反演視電阻率斷面圖

首先，對工區(qū)兩端的1線與11線剖面進行分析。

從圖中可見并無明顯的高阻或低阻條帶豎向向下延伸切割地層，且剖面內(nèi)各層具有較好的成層性，符合該地區(qū)在地質(zhì)上的砂巖、泥質(zhì)粉砂巖與泥巖互層沉積的沉積巖背景。11線剖面靠近地表的高阻層是由于現(xiàn)場31-60號電極處為硬化路面，表現(xiàn)在剖面上為成層性較好的高阻條帶，而10-31號電極處為渣土，材質(zhì)疏松且電阻率較高，同時由于推平后覆蓋厚度不一，表現(xiàn)在電阻率剖面上即為不規(guī)則顯示的高阻層。通過11號剖面可以從一個側(cè)面反映出，對表層的低阻或是高阻屏蔽而言，通過施工與數(shù)據(jù)處理兩方面手段雙管齊下之下仍是可以取得質(zhì)量較好的剖面數(shù)據(jù)。

從上述兩剖面可以看出，裂隙并未穿透工區(qū)所設(shè)置的兩邊，接下來就應(yīng)該對有裂隙電性顯示的剖面進行分析，在此我們先對在地表有明確裂隙顯示的7線進行分析見圖4。

圖4 7線二維反演視電阻率斷面圖

如圖4可見兩條明顯高阻條帶以一定角度向深部延伸，且其中F2所在位置的近地表處即為地面所觀測到的裂隙位置，據(jù)此可以對工區(qū)內(nèi)裂隙有一個初步的認識，即對工區(qū)內(nèi)測線，由于工區(qū)范圍較小，基礎(chǔ)地質(zhì)情況無太大變化，是以砂巖與泥質(zhì)粉砂巖為主的沉積地層。針對沉積地層在高密度電阻率法剖面上預期表現(xiàn)為由地表開始自上而下電阻率逐漸升高。這在工區(qū)內(nèi)所測的剖面的特征中也印證了上述猜想，即在大多數(shù)剖面中大體上為由淺層至深層電阻率表現(xiàn)為層狀逐漸升高。但由于工區(qū)所處范圍內(nèi)施工等因素影響，導致地面上會有外源性的石子沙土等物質(zhì)覆蓋，導致在一些剖面的近地表處出現(xiàn)較多的串珠狀高阻區(qū)域與高阻條帶。結(jié)合當?shù)剡B綿陰雨導致地下富含水分，從而使地層因含水率增高而表現(xiàn)的相對低阻情況，對工區(qū)內(nèi)裂隙在電阻率斷面上的特征推測如下：裂隙在電阻率斷面圖中表現(xiàn)應(yīng)為相對高阻，形態(tài)上要與沉積地層的大致展布方向有所差異，且要在多條電阻率斷面上有所延續(xù)或是在地表有所出露來側(cè)面印證單條剖面中的判斷。據(jù)此，此次工作中在區(qū)域內(nèi)推斷有兩條可能的裂隙存在，分別為圖4中標示出的F1，F(xiàn)2。

在此基礎(chǔ)上結(jié)合7線相鄰剖面上的異常高阻反映情況，即可以對區(qū)域內(nèi)裂隙的具體展布情況進行判斷見圖5。

圖5 5-9線二維反演視電阻率斷面圖

如圖5 所示，綜合羅列出5線～9線的五條剖面，可以看出在7線有所顯示的兩條裂隙分別具以7線為基準有向西(F1)和向東(F2)延伸的趨勢，且均未突破到相距20 m之外的5線和9線，而其他測線的電阻率反演斷面圖上均未出現(xiàn)與上述推斷的裂隙特征所吻合的電阻率異常。故而，綜合此次勘測中6、7、8三線高密度電阻率剖面當中疑似裂縫的地下物性顯示推測，裂縫F1走向為近東西向，向北傾斜且傾角較小，深度范圍為地下1～7.5 m，寬度約2 m，裂隙見于第6、7號剖面故裂縫延伸應(yīng)控制于5～8號剖面之間30 m范圍內(nèi)；裂縫F2走向為近東西向，向北傾斜且傾角較小，深度范圍為地表至地下8 m左右，寬度約2 m，裂隙見于第7、8號剖面故裂縫延伸應(yīng)控制于6～9號剖面之間30 m范圍內(nèi)。

4 結(jié)論

通過在本區(qū)域內(nèi)的實踐，說明利用高密度電阻率法尋找淺表裂隙的工作方法是行之有效的，可以從在地表已發(fā)現(xiàn)的裂隙處所在剖面看出，高阻條帶與裂隙有著較好的對應(yīng)關(guān)系。同時，利用已知地質(zhì)情況，推測物性情況，再利用相應(yīng)的物性情況反推未知處地質(zhì)情況，并在后續(xù)施工過程中加以驗證的這一過程，形成了一套嚴謹?shù)奶骄糠绞健?/p>

對于在含水沉積巖地層區(qū)開展地面施工作業(yè)這一特定場景，可以抽象為在廣大的低阻含水地層之上特定位置有高阻區(qū)域上覆蓋。針對這一類問題的處理不僅僅需要后期數(shù)據(jù)處理過程當中在反演過程中下功夫，在前期數(shù)據(jù)采集期間保證電極的接地電阻基本一致，不出現(xiàn)過高與過低阻值的電極也尤為重要。