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城市地质调查中应用综合物探技术的价值

2020-11-14 180 上传者：管理员

摘要：将地震横波反射法、瞬变电磁法、地震折射层析法及地质雷达法用于惠州市隐伏断裂及地表塌陷等城市地质问题的探测，介绍了测区地质概况及物探测线布置方式，各种物探方法探测成果异常区域较接近，局部异常点经钻探验证准确可靠。结果表明：钻探与物探相结合的综合探测手段能提高城市地质调查工作的精度，地震横波反射法与瞬变电磁法对隐伏构造探测效果较好，折射层析法适用于地下大型空洞的探测，地质雷达成果能反映地表浅部不密实区及脱空、空洞区域的存在。

关键词：
地质雷达法
地震折射层析法
地震横波反射法
城市地质调查
瞬变电磁法
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城市地质调查是一项服务于城市规划、建设和管理的基础性工作，其主要目标是查明地质、资源和环境的基本状况，评价城市发展的资源和环境承载能力，了解影响城市发展的不利地质环境，为城市可持续发展及地质灾害治理提供基础支撑。常用城市地质调查物探方法主要有高密度电法[1]、地震波法[2,3]、瞬变电磁法[4]及地质雷达法[5]，其中高密度电法与地震波法抗干扰能力强，探测深度大，但探测时均要求布设一定长度的观测系统，且电极或检波器要求与地表存在良好的耦合，在硬化道路区域实施较困难；瞬变电磁法与地质雷达法均为单点测量方法，探测效率高，电磁波能较好地穿透浅表高阻层(如水泥路面)，但易受到电缆线与金属体的电磁干扰。本文将地震横波反射法、瞬变电磁法、地震折射层析法以及地质雷达法用于惠州市丰文凹村隐伏断裂及罗洞村岩溶塌陷区等城市地质问题的探测，取得了良好的应用效果，研究成果可为类似项目勘查精度的提高提供参考。

1、测区地质地球物理特征及测线布置情况

地质调查区域范围内褶皱构造和断裂构造较为发育，构造形迹以北东向、北西向为主，东西向次之。测区中西部存在一惠州断裂（F3），该断裂斜贯惠州市区，出露长度约17km，根据该断裂控制水北断陷盆地推测，断裂向北可能延伸至汤泉林场。断裂出露宽度10～60m，最宽达100m以上，沿走向呈舒缓波状，总体走向135°～150°，倾角65°～75°。断裂东南段穿越小坪组，并控制和切割嶂顶侵入体；往西北造成塘厦组、桥源组、小坪组、金鸡组、天子岭组与丹霞组呈断层接触。断层破碎带有明显分带性，反映了多次不同力学性质活动特征，活动时间从燕山晚期到喜马拉雅期。

测区主要地层为第四系粘性土层、砂层和卵砾石层，白垩系丹霞组砾岩、砂岩和粉砂岩，泥盆系天子岭组泥晶灰岩，泥盆系春湾组石英砂岩和粉砂质板岩，晚侏罗系侵入花岗岩，侏罗系桥源组砂岩、细砂岩、细粒长石石英砂岩，三叠系小坪组含煤碎屑岩，石炭系大赛坝组泥质粉砂岩、绢云母页岩，石炭系测水组砂质页岩、砂岩、含砾砂岩。根据惠州地区物探探测成果经验，各地层主要物性参数见表1。如表所示，测区各岩土介质的波速、密度、电阻率及介电常数存在差异，构造引起地层的垂向错动或岩体破碎会导致地震时间剖面出现反射波组同相轴的错动、不连续或能量减弱的异常特征，空、水、土层及岩体之间也存在一定程度的导电性及介电性差异，具备地震反射法、折射层析法、瞬变电磁法及地质雷达探测的物性前提。测区布设物探测线四条，其中测线L1开展地震横波反射法，测线L2开展瞬变电磁法与地震折射层析法，测线L3开展地震折射层析法，测线L4开展地质雷达法。

2、物探成果解释

2.1丰文凹村测区

图1为测线L1横波反射时间剖面，反射波同相轴横向连续性较好的位置对应不同岩土介质的分界，如图1所示，L1横波时间剖面可分为T1、T2、T3、T4四个时间层位，推断T1之上为松散填土层，T1与T2之间为粘土或稍、中密砂层，T2与T3之间为卵石或全、强风化岩层，T3之下为中—微风化岩体。T3波阻在里程225m及里程260m位置附近有明显错断，推测有断层带分布，在里程220m施工的钻孔HCZK10揭露岩性自上而下依次为粉质粘土、中粗砂、全风化粉砂岩及石灰岩，其中34.8～68.2m区域为岩体呈半岩半土状和碎块状，可见断层角砾，横波反射成果与钻探资料较吻合。

表1地质调果区物性参数表

图2为测线L2瞬变电磁反演电阻率断面，如图所示，里程1350～1620m区域电阻率等值线纵向变化特征较明显，电阻率350Ω·m附近推测为覆盖层与基岩的分界面；在里程1050m附近电阻率等值线向下凹陷，电阻率介于325～375Ω·m之间，呈现相对低阻异常特征，推测测点附近存在断裂构造，钻孔HCZK9揭露第四系粘土与砂层电阻率小于275Ω·m，孔深38m范围内仍为强风化粉砂岩，验证了瞬变电磁推测异常的有效性。此外，里程1150～1250m区段亦存在较大面积低阻异常区域，此区段穿越村庄，多处存在低压电线及钢构棚房，推测低阻带为金属体产生的电磁干扰。

图3为测线L2折射层析反演纵波波速断面图，如图所示，随高程增加纵波波速总体呈逐渐增大的趋势，里程小于1050m、高程小于0m区段纵波波速较高，多大于4000m/s，表明此区域岩体完整性总体较好。里程大于1050m、高程大于-10m区段波速相对降低，约3000～4000m/s，其中里程1075m及里程1190m附近波速等值线图横向变化梯度较大，推测有断裂构造发育。此外，根据钻孔HCZK9钻探成果，波速2300m/s为覆盖层与强风化砂岩的分界，强风化与中风化基岩的分界约在波速2700m/s附近。

图2测线L2瞬变电磁反演电阻率断面图

2.2罗洞村测区

图3测线L2折射层析反演纵波波速断面图

龙江镇镇燕岩村、罗洞村和顾屋村一带有多处塌陷，在龙江镇岩溶塌陷区开展了折射层析法探测工作，图4为罗洞村测线L3折射层析反演纵波波速断面图，如图所示，随高程的降低波速呈逐渐增大的趋势，以波速3000m/s附近为界，地下岩土体可划分为第四系与灰岩两类，波速横向变化较明显，其中里程40～110m区段波速多大于4000m/s，但里程84m高程48m附近存在闭合状相对低速区域，约3400m/s，推测有岩溶发育。此外，里程120～132m、高程40～54m区域波速达到极小值，约1200～2000m/s，对应岩溶塌陷区(如图5所示)。

图6为测线L4地质雷达探测成果，其中测线里程1075m附近为现场已知塌陷点，现已回填，如图所示，从该测线雷达剖面上看，在里程1068～1072m、深度0.5～2.0m区域反射波杂乱，振幅强，伴随一定程度多次反射现象，推测回填仍不密实，该测线于里程1060～1062m、1078～1079m、1085～1091m处也存在类似电磁异常，为土体不密实所致，里程1057.5m及1093m于1.0m深度附近反射波振幅强，同相轴呈双曲线状，多次反射未向下延伸，推测地下有小型空洞存在。

图5测线L3里程125m附近地表塌陷

3、结论

地震横波反射法、瞬变电磁法、折射层析法及地质雷达法相结合的综合物探技术能提高城市地质调查工作的精度，瞬变电磁法以及弹性波为主的地震勘探方法(如横波反射法折射层析法)对一定埋深的隐伏断层构造探测效果较好，但前者易受电线及金属体的干扰。折射层析法与地质雷达法对空洞的探测效果好，但前者探测深度更大，后者分辨率更高，地质雷达法对浅表部土体不密实及脱空区域的探测效果较好，但其有效探测深度较小。

参考文献：

[1]王慧敏,张亮亮.高密度电法与雷达探测在城市地质灾害调查中的应用对比[J].西部探矿工程,2020,32(4):13-16.

[2]李建宁,胡泽安,丁美青,王小明.地震横波勘探在城市浅层地质调查中的应用[J].淮南职业技术学院学报,2017,17(1):7-10.

[3]王强,王道光.高分辨率折射波层析成像法在城市物探中的应用[J].黑龙江水利科技,2016,44(1):91-93.

[4]刘永生,龙桃城,刘仁义.瞬变电磁法在城市地质调查应用中有关问题的探讨[J].岩土工程技术,2019,33(3):173-177.

[5]赵明堂.地质雷达技术在城市地面塌陷隐患调查中的应用[J].工程地球物理学报,2019,16(6):904-909.

罗波.综合物探技术在城市地质调查中的应用[J].西部探矿工程,2020,32(12):126-129.