综合物探在地质灾害中的应用

李强

（湖南省地质调查院 湖南长沙 410000）

综合物探在地质灾害中的应用

李强

（湖南省地质调查院 湖南长沙 410000）

本文主要采用高密度电法及地震映像法为查明滑坡体中土洞及下伏灰岩岩溶发育情况，为工勘及后期治理提供依据。

高密度电法；地震映像法；岩溶发育情况

宁远县湾井镇石坡脚村箭猪窝滑坡位于箭猪窝自然村3组，滑坡体积为15.81×104m3，属中型浅层推移式土质滑坡，滑坡自2013年8月出现变形开始，一直处于蠕动变形阶段，严重威胁滑坡下方51户195人的生命财产安全，直接经济损失52万元，潜在经济损失1090万元。

从滑坡出现变形开始，该地质灾害隐患引起了各级政府和相关主管部门的高度重视，为此派专人进行监测、设立警示标志，并在1：5万地质灾害详查中列为重要隐患点进行勘查工作。

查阅工勘相关资料，滑坡周界范围内探明浅部土洞3个，溶洞5个，其中溶洞最大高度达7.3m。本次物探勘查目的为在原勘探基础上进一步查明浅部土洞、岩溶的发育分布情况，提高完善勘查控制程度，为后期的治理工程设计提供依据。

1 勘查区地质概况

根据区域地质资料和现场踏勘，查明浅部主要为第四系残坡积粉质粘土（Q4el+dl），下伏基岩泥盆系中统棋梓桥组（D2q）泥灰岩和灰岩。

根据钻探揭露，滑坡区内出露的地层为：

（1）粉质粘土（Q4el+dl）：第四系残坡积物，主要由灰岩风化残积形成。广泛分布滑坡区表层，为滑体表层地层。根据钻孔揭露，厚度一般3.20～ 8.20m，黄褐色，稍湿，可塑-硬塑，结构较紧密，切面较光滑，干强度高，韧性一般。

（2）全风化泥灰岩（D2q）：灰褐色，隐晶质结构，块状构造，主要由方解石和粘土矿物组成，薄层状，可见原岩结构，遇水易软化，岩芯呈土状，本次勘探揭穿厚度3.00～7.70m。

（3）强风化灰岩（D2q）：灰褐色，岩体破碎，风化裂隙很发育，中厚层状，节理、裂隙极发育，岩体破碎，层厚薄，一般1.0～3.0m，岩芯呈碎块状和饼状，本次勘探揭穿厚度2.30～6.10m。

（4）中风化灰岩（D2q）：灰色，灰褐色，隐晶质结构，中厚层状构造，节理裂隙较发育，岩芯多呈柱状、短柱状，钻孔揭露最大厚度达8.30m，未揭穿。

2 测区地球物理特征

依据已有钻孔资料显示，工区上部为粉质粘土，下部为灰岩；根据已有资料表明一般第四系表层因接受大气降水且多为耕地或稻田，土层湿度大，富含腐殖质故其电阻率较低，约在10～50Ω·m之间，下部坡积层电性则因所含砾石比例及粒度的不同而变化较大，其电性约在90至数百欧米之间，基岩的电阻率随地层的不同而变，泥质灰岩、薄层灰岩，其电阻率一般在200～600Ω·m左右。土洞与岩溶电阻率一般与围岩有较明显的电性差异，土洞与岩溶未充填时电阻率一般高于围岩，如充填则要小于围岩。总之土洞与岩溶与围岩是存在电性等差异的，以此为物探方法来寻找土洞及岩溶提供了地球物理依据。

3 工作布置及数据处理

3.1 工作布置

本次物探勘探测线布设原则以垂直于异常走向为原则布设，工区物探测线以垂直滑坡体布置，在垂直和水平方向分别布置间距相对均匀的测线，布设了勘探线7条，基本覆盖了工区大部及外延50m范围。

本次勘探布设点距为2.5m的高密度电法7条剖面，其中2线、4线、5线每条剖面长度为300m；1线、3线、6线、7线每条剖面长度为225m。布设点距2m地震映像法2条剖面，每条剖面长150m，剖面分别与高密度电法5线和7线重合。

3.2 工作方法

本次物探工作方法主要采用高密度电法、地震映像法。

3.2.1 高密度电法

高密度电阻率法是一种在方法技术上有较大进步的电阻率法。其原理与常规电阻率法完全相同，同时具有很多优点：电极的布设一次完成，测量过程中无须跑极，可防止因电极移动而引起的故障和干扰；在一条观测剖面上，通过电极变换或数据转换可获得多种装置的视电阻率ρs等值线断面图，可进行资料的现场实时处理与成图解释。

本次工作采用α排列（温纳装置AMNB），测量断面为倒梯形。测量时，AM=MN=NB为一个电极间距，A、M、N、B从一端起始点往终点逐点同时向一个方向移动，得到第一条剖面；接着AM、MN、NB增大一个电极间距，A、M、N、B又一端起始点往终点逐点同时向一个方向移动，得到另一条剖面；这样不断扫描测量下去，得到倒梯形断面。本次高密度电法电极距采用5m，一个排列为60根电极，一个断面滚动58次。

工作仪器采用重庆奔腾数控技术研究所研制的WGMD-3高密度电阻率测量系统。该系统具有存储量大、测量准确快速、操作方便等特点，与高密度电法处理软件配合使用，解释工作更加方便直观。仪器性能稳定，测量精度高，观测的数据稳定可靠，满足相关的规范技术要求。

3.2.2 地震映像法

地震映像法是继反射波多次覆盖技术后，近年来发展的一门工程物探新技术，它是以物性（主要为密度）对地震波传播的差异为基础的地球物理勘察方法，其优点是数据处理简单，不需作动校正（当偏移距为零时），因此，不存在由于动校正造成的波形拉伸畸变或近地表广角反射引起的畸变。通常把野外采集的地震波形记录在计算机上经过滤波等数据处理后再进行压密，对反射能量以不同的、可变换的颜色表示，即可直观地反映出地质体的变化特征和形态。尤其针对溶洞、断层，滑坡面等不良地质体，因这些地质体与其围岩之间会存在较明显的密度、波速等物性差异，用该方法则更易判定地质构造特征。

地震映像法在野外工作中，通常是在最佳窗口内选择一个最佳公共偏移距，然后移动震源（一般采用18～24磅铁锤锤击作为震源），保持所选定的偏移距进行单道或几道接收。当地下存在一定范围的空洞（溶洞）时，根据弹性波惠更斯原理，在空洞的位置会产生绕射波，同相轴的特征表现为“眼球型”，因此可根据反射剖面图来分析绕射波特征，判断空洞情况，由于是在最佳窗口内选择的公共偏移距，因此不受振幅和相位变化的影响，可在现场显示出似t0时间剖面图来进行初步的解释分析。

本次工作采用采用40Hz检波器，偏移距3m，道间距、点距均为2m进行测量。地震映像法工作仪器采用重庆地质仪器厂的DZQ-48高分辨率浅层地震仪。

3.3 数据处理

高密度电阻率法数据处理包括数据预处理和反演处理两部分。

数据预处理主要包括：①编辑视电阻率值，在规范允许范围内，对突变点和噪声引起的畸变数据进行剔除；②对由多个测量断面组成的剖面进行拼接；③把各电极所对应的平面坐标添加到数据文件中；④对于地形起伏较大的剖面，把高程坐标添加到数据文件中，以备反演处理时进行地形校正处理。

野外采集的数据经过反演计算，转换为深度-电阻率的关系，以获得地下地电断面的特征。反演处理主要包括：根据地质调查资料建立初始的二维地电模型、选择反演参数（阻尼系数、迭代次数、收敛极限）等，然后采用最小二乘法进行反演计算，查看反演结果，最后进行地形校正，获得最终的地下地电断面，用于地质解释。

高密度电法勘探依据岩层对直流导电时电阻率的差异，地下地层由于成因环境不同，同时受构造运动的影响，从而在纵向和横向上产生视电阻率的变化；此外，岩层视电阻率值不仅与地层结构、构造、成份、成因有关，还与其岩石的颗粒大小，密度，地下水含量等因素有关。研究这些物性特征，可以推断地下地层的岩性、分布规律、断裂（土洞、溶洞、岩溶、破碎带等）构造、富水性等。

在断面上，视电阻率等值线密集带或横向斜率突变带，说明在该处两侧存在不同地质体，往往是不同电性地质层的分界处或断裂带；推断断裂时，低电阻显示区范围广，视电阻率值过低，很可能为断裂破碎严重区；推测溶洞时，因溶洞为水溶蚀形成，如果含水溶洞，或充填松散物，则电阻率与围岩呈相对低阻关系，因溶洞发育不同，低阻形态不一，如果溶洞溶蚀为空洞，空气填充，则地下溶洞表现出高阻圈闭异常。

在资料分析中，判别异常区主要是根据电阻率值变化及电阻率等值线的形态等综合因素考虑的。

地震映像法处理基本流程：

（1）对原始数据进行解编和格式转换；

（2）记录连接和道炮编辑，并定义观测系统；

（3）地形校正、振幅恢复和道均衡；

（4）一维带通滤波、FK二维滤波以及预测反褶积；

（5）去噪和修饰性处理。

资料解释：

应用地震映像对岩溶的探测，从地震映像剖面上识别相关的岩溶现象（如溶洞、裂隙、溶蚀等）是最重要的，而地震波在岩溶、基岩响应上有其特有的运动学和动力学特征：①地震波在不连续界面处的反射系数，主要取决于界面两侧的波阻差异；②反射同相轴的连续性，主要取决于界面的几何形态。通常，地震波在传播过程中，当遇到溶洞、落水洞或其它洞穴时有较强的反射；当溶洞被水或者泥、岩屑充填时，在溶洞的反射系数可达0.5。如果溶洞没有充填，径向系数更高。

岩溶在地震时间剖面上的响应异常，主要表现为：①以典型绕射形式存在，反射波的同相轴成弧型，其顶点对应与溶洞顶部对应；②反射信号微弱，甚至缺失，局部形成空白区域；③反射波的同相轴紊乱，连续性差，有时与旁边的同相轴完全错断。

4 综合成果分析

综合成果分析主要以500线作为分析对象，经过综合分析之后为后续进一步的治理提供了较好的依据。

（1）经过高密度电法及地震映像法工作，结合地质资料及钻探推测认为：工作区地层上部主要为第四系粘土，深度在0～5m不等，下伏基岩为灰岩岩溶相对发育。

（2）滑坡体上部岩溶相对不发育，下部岩溶发育且主要为半充填型溶洞。下部滑坡中有相当部分的粘土经过岩溶通道流失，导致滑坡体在下滑过程中下部伴随地面沉陷。

（3）结合物探异常的分析，估算出岩溶的体积约为3598m3。

（4）依据岩溶发育的不同，将岩溶分为两类：①为浅部岩溶即在7～12m以内的溶洞。②为7～20以内中间溶洞层叠，岩溶向深部发育。

5 结束语

（1）通过以上工作区所进行的高密度电法及地震映像法测量与实际钻孔的对应情况，认为这两种方法成果基本反映了工作区内的实际地层分布情况，电性层与地质层有一定的对应规律。

（2）高密度电法及地震映像的定性与定量解释，应结合已有钻孔资料进行综合分析，从中找出一定规律，从已知到末知，提高对原始资料的解释精度。

（3）物探在地质灾害中岩溶勘查及城市环境监测中的应用将越来越重要，应多进行相关的试验工作，确保方法的有效性、考虑城市物探施工的方便性，以得到相应的设计目的。

[1]李金玺，雷宛，邹俊.地震映像解释方法.[J].中国地球物理，2006.

[2]邓居智，刘庆成，莫撼.高密度电阻率法在水坝隐患探测中的应用工程勘查[J].2002（6）：62～64.

P642.22

A

1004-7344（2016）26-0201-02

2016-9-1

李强（1987-），男，助理工程师，本科，主要从事物探方面的工作。