综合物探方法在地面塌陷勘察中的应用

综合物探方法在地面塌陷勘察中的应用

宗传攀

山东省第七地质矿产勘查院山东临沂276000

摘要：地面塌陷是在一定条件下，自然动力或人为动力造成地表浅层岩土体向下陷落，在地面形成陷坑的动力地质作用或现象。地面塌陷既可以发生在松散的土层，又可以发生在基岩中，还可以发生在两类岩石共同发育的地方。根据造成地面塌陷的直接原因可把地面塌陷分为自然塌陷和人为塌陷两类，其中人为塌陷又可进一步分为抽水塌陷、排水塌陷、蓄水塌陷、渗水塌陷、岩溶塌陷、采矿塌陷等。地面塌陷的主要危害是破坏房屋、铁路、公路、矿山、水库、堤防等工程设施，造成房屋倒塌、道路中断、水库漏水、大坝和堤防陷落开裂等。此外，地面塌陷还破坏土地资源，使大量耕地被毁，造成一些城市和矿区环境恶化。

关键词：综合物探；地面塌陷勘察；应用

1探测方法

1.1高密度电法的工作原理

高密度电法的基本工作原理与常规电阻率法大体相同。它以岩土体的电性差异为基础，采用一次阵列布极方式，利用程控多路转换器和微机电位仪组合的方式来实现不同装置类型和不同极距的断面或立体视电阻率测量。该方法兼顾了电阻率剖面和电阻率测深法，以达到断面或立体勘查的目的。

1.2瞬变电磁法的工作原理

瞬变电磁法（简称ＴＥＭ）是近几年发展并推广起来的一种新方法、新技术。其工作方法（图１）是利用不接地回线向地下发送一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场的间歇期间，利用另一回线或探头接收由地下地质体受激励引起的涡流产生的随时间变化的感应二次场（按指数规律衰减），该二次场的大小与地下地质体的电性有关：低阻地质体感应二次场衰减速度较慢，二次场电压较大；高阻地质体感应二次场衰减速度较快，二次场电压较小。根据二次场衰减曲线的特征，就可以判断地下地质体的电性、性质、规模和产状等。

1.3高密度电法资料处理

每个工作日结束，便对当日观测的原始资料进行全面检查、复核，并将观测数据转换成二维高密度电法反演程序格式进行存贮，正反演计算、成像采用２ＤＲＥＳ高密度电法反演程序处理软件。具体流程如图２所示。在工作过程中，严格按照各类相关规范及仪器说明书的要求进行操作。

1.4瞬变电磁法资料处理

瞬变电磁数据的处理流程如图３所示。

1.5质量评述

为了保证观测质量，在野外工作过程中严格按地矿部颁发的《电阻率测深法技术规程》（DZ／T0072—93）、《地面瞬变电磁法技术规程》（DZ／T0187—1997）、《物化探测量工程测量规范》、（DA／T0153—95）和《城市工程地球物理探测规范》（CJJ7—2007）的要求实施。施工中，密切注意各道电极与电缆和地面的耦合状况，如若发现耦合不良，立即进行解决。每次仪器自动采集数据前均需对仪器内部电源、供电电源、接地电阻等进行全面测试检查。工作中密切监视显示器实时显示的曲线和数据，一旦发现有畸变、突变、跳跃等不正常点，立即停机，待查明原因处理好后再重新进行观测。

2地面塌陷区勘察实例

2.1地质概况

向阳村东距瀑河水库约300m，西临西山山脚500m，地势较平缓，海拔高程56～47m。区内出露地层为第四系(Q)，主要是全新统冲洪积土层，经工程核实自上而下共分四层，其中地表层为褐色耕土层(Q4)，以粉土为主，厚度0.3～0.6m;中部为黄土状粉土层(Q3)，褐色，稍湿，含砂质土，厚度7.7～9.1m;下部为粉质粘土层(Q2)，褐色，硬塑，湿，含铁、锰结核，厚度9.8～10.4m;底层为砾土层(Q1)，杂色，湿，中密，揭露厚度6m，碎石成分主要为强、中等风化石英砂岩，次为强风化泥质页岩等，呈棱角状，状结构，一般粒径为3～6cm，裂隙发育，漏水严重。下覆震旦系(Z)基岩地层由老至新分别为铁岭组(Z2t)含碎石条带白云岩、下马岭组(Z3x)千枚状泥质页岩、景儿峪组(Z3j)石英砂岩等，岩层产状较平缓，基岩顶板埋深为60m左右。调查区处于近南北向和近东西向两组断层构造中，基岩破碎比较发育。

2.2地面塌陷情况

地面塌陷是岩土体覆盖层向下陷落，并在地面形成塌陷坑(洞)的一种地质现象。向阳村地面塌陷的主要表现形式为土洞。土洞呈串珠状分布，以村东出现较多，一般已随现随填。土洞多呈不规则圆形，少量呈椭圆形，直径0.5～1m，深0.5～2m，洞壁上陡下缓，呈坛状，壁上分布有竖向节理、裂缝。地面塌陷集中在丰水年，特别是雨季中后期，塌陷发展较迅速，而干旱年相对平静。近年来降水量有所减少，塌陷发展相对平缓。地面塌陷空间上显示自西向东、自南向北的发展规律。

2.3地面塌陷成因

向阳村地面塌陷是由地形地貌、地层岩性、地质构造、地表水、地下水等综合因素叠加引起。该村地形西高东低，西山地表降水自西向东流经村区形成地表水，地表水渗灌补给地下水，第四系中上层黄土状粉质土疏松多孔、吸水性强，湿陷性的粉质土吸入渗入水之后会向下部空间运移，由于下部的粉质粘土层，韧性中等，中压缩性，透水性较弱，起到了隔水层和阻止上层土向下流失的作用，一般粘土层稳定的区域内就不会产生塌陷灾害。但粘土层下覆的砾土层裂隙发育，透水性较强，加之基底层岩石断裂破碎发育，纵横交错的裂隙带构成地下水畅流的良好通道，当山区渗入汇集的地下水沿通道形成径流和砾土层内地下水位升降变化时，上覆的粘土层受到潜蚀作用，粘土层被掏挖流失，经长期地下水持续作用，粘土层变薄、陷落甚至消失，缺失了下部阻隔层的保护，粉土层再遇到地表水渗灌时，即会崩解、坍塌，形成上覆土层中的坑洞，最终导致了地面塌陷。

2.4综合物探方法

综合物探工作方法布设在包括村住宅建筑用地的0.25km2正方形区域内，根据施工条件，沿村子内的街道和小路布设东西方向高密度电法剖面13条，共5.5km，依村中心为基点布设南北、东西方向“十”字浅层地震反射剖面2条，共1.0km。高密度电法使用WGMD-3(60道)高密度电阻率测量系统，浅层地震反射波法采用SummitⅡplus地震仪。高密度电法数据资料使用国产专用软件进行资料处理和二维反演计算，浅层地震数据资料使用美国FOCUS2.0软件进行处理。高密度电法选择α(温纳四极)工作方式，电极距5m。野外工作时一次布设60个电极，观测每个数据道上的ΔU值、I值，一个排列完成后，向前滚动12个电极，再重复以上测量，直到整个剖面测量完毕，经计算机数据处理后，绘制ρs值等值线拟断面色阶图。浅层地震反射波法采用32道接收多次覆盖观测方法工作，道间距2m，偏移距2m，覆盖次数为12次，记录长度1s，记录间隔为0.5ms，震源采用24磅重锤锤击方式。为提高信噪比和分辨率，突出浅层勘查效果，在浅层地震原始数据资料处理过程中，重点对干扰信号进行消除和压制。经数据处理后最终得到水平叠加的时间剖面。由速度谱分析和速度扫描得到较准确的各层均方根速度模型，再根据均方根速度与其速度的关系，对比分析时间剖面的反射波组，确定反射层的构造形态，从而获得相应的解释剖面。

结束语

（1)向阳村民宅建筑区大部分位于两条断裂之间的塌陷预防区内，部分还处在塌陷危险区中，应作为地面塌陷灾害治理的重点区域范围，并根据所处分区差异，选择相应的施工方法进行综合治理。(2)高密度电法对解决塌陷灾害区第四系分层厚度特别是低阻层厚度变化与分布效果明显，浅层地震勘探对探测分析隐伏断裂、破碎带及基岩界面空间位置方法有效。在瀑河水库地面塌陷区防治工作中，可作为前期调查的主要方法。(3)自然地面塌陷地质灾害成因复杂，查明其规模、形态、分布和发展规律难度很大。综合物探方法可以进行二维断面甚至三维立体的探测并形成解释图像，有利于对灾害区进行分析评估，这是从点推面的钻探勘察方法所不能取代的。

参考文献

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[3]林少忠.综合物探方法在某岩溶区桥梁工程地质勘察中的应用[J].西南公路,2014,04:101-104.