綜合物探方法探測地裂縫效果淺析

［摘要］地裂縫是地表巖、土體在自然或人為因素作用下，產(chǎn)生開裂，并在地面形成一定長度和寬度裂縫的一種地質(zhì)現(xiàn)象，當這種現(xiàn)象發(fā)生在有人類活動的地區(qū)時，便可成為一種地質(zhì)災(zāi)害。文章探討礦山地下采空區(qū)塌陷形成的地裂縫，分析綜合物探方法探測地裂縫的效果。

［關(guān)鍵詞］地裂縫；采空區(qū)；綜合物探；工程活動

［作者簡介］鐘文衡，廣東省地質(zhì)勘查局工程師，研究方向：地球物理勘探及建筑樁基檢測，廣東廣州，510510

［中圖分類號］ P642 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1007-7723（2009）04-0130-0002

一、前言

地裂縫是一種嚴重的地質(zhì)災(zāi)害，給人類造成了嚴重的危害。我國各級政府、部門對此極為重視，為減輕災(zāi)害損失做了大量的工作，采取了許多行之有效的措施。

某礦山采空區(qū)，由于地下采空后巖土體開裂、塌陷形成地裂縫。由于采空區(qū)地面有為數(shù)不少的建筑物及公路通過，為了解裂縫在地下的賦存狀態(tài)和影響深度，達到防治和治理的目的，從而開展綜合物探方法測試。下面以地裂區(qū)某老窿口為例，對探測情況加以探討。

二、工程概況

工區(qū)地表多為黃土坡地的梯田，階梯較高，從而在垂直階梯方向(平行老窿口方向) 無法開展物探工作；在平行階梯的土地上可開展物探工作，只是受兩側(cè)陡坎的限制，工作測線只能因地布置。工區(qū)地表均為耕土，下部為砂質(zhì)黃土，地層條件較單一。

三、物探方法的選擇

物探方法的種類很多，針對本次物探測試的目的和任務(wù)，考慮到工區(qū)的地形條件和地質(zhì)環(huán)境，本次測試采用的工作方法為高密度電阻率法、探地雷達和地震映像三種方法。這三種方法的綜合應(yīng)用，可以充分利用介質(zhì)的電阻率、波阻抗等參數(shù)，取長補短，綜合分析，消除單一方法勘探的不足，剔除多解性，給出較合理的解釋結(jié)果。

（一）高密度電阻率法

高密度電阻率法實際上是一種陣列勘探方法，一次可完成縱橫二維勘探過程，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的快速、自動采集，使電法勘探的智能化程度大大向前邁進了一步。大量工作表明，該方法在地裂縫賦存位置的定性解釋上準確、方便、直觀，但是在深度的定量解釋上誤差較大。

（二）探地雷達

探地雷達是利用高頻電磁脈沖波的反射來探測目標體，是通過對電磁波在地下介質(zhì)中傳播規(guī)律的研究與分析，探測介質(zhì)結(jié)構(gòu)、屬性、幾何形態(tài)及其空間分布特征。探地雷達由地面上的發(fā)射天線將高頻電磁波以寬頻帶短脈沖形式送入地下，經(jīng)地下目標體或不同電磁性質(zhì)的介質(zhì)分界面反射后返回地面，為另一接收天線所接收，通過對目標體反射波形的接收，形成雷達反射波形圖。該圖可直觀地反映地下反射界面的形態(tài)及深度變化。

（三）地震映像

地震映像(又稱高密度地震勘探和地震多波勘探) 是基于地震反射波法中最佳偏移距技術(shù)發(fā)展起來的。這種方法可以利用多種地震波作為有效波來進行探測，也可根據(jù)探測目的的要求只選擇一種地震波來作為有效波。該方法用單個檢波器接收信號，儀器紀錄后，激發(fā)點和接收點同時向前移動一定的距離，重復工作，可獲得一條地震映像時間剖面。該剖面可反映地下目標體的形態(tài)及深度變化。

四、野外工作方法技術(shù)

工作區(qū)由于地形條件限制，所以主要針對老窿進口左側(cè)裂縫進行勘測，垂直裂縫布置物探測線。高密度電阻率法工作采用的儀器為DDJ-2型多功能激電儀及DUM-2型高密度電阻率儀電極轉(zhuǎn)換器。高密度電阻率法野外測線布置，電極間距2m，線距3m ，每條排列長度為74m，采用溫納裝置觀測。

探地雷達采用RAMAC2型探地雷達。天線選用中心頻率50MHz非屏蔽天線，時間窗口為550ns，疊加次數(shù)為128，收發(fā)距為2m，測點距為0.25m ，線距10m ，每條測線長度均為32m。地震映像數(shù)據(jù)采集使用的儀器為SM98瑞雷波儀。采樣點數(shù)1024，采樣間隔0.2ms ，測點間距0.5m，偏移距10m，測線長度30m。

五、物探成果分析

（一）高密度電阻率法成果分析

首先對采集數(shù)據(jù)的畸變點進行圓滑處理，然后采用surfer成圖軟件對數(shù)據(jù)進行網(wǎng)格化，采用最小二乘法進行二維反演，得到電阻率等值線斷面圖。

該老窿上部由于黃土土質(zhì)疏松、濕潤，視電阻率值在180～200Ω·m。由于老窿開挖，老窿上部松散的土體產(chǎn)生擾動、下滑，加上滲水，從而使視電阻率變得更低，小于180Ω·m。在裂縫處，由于脫空的原因，形成相對的高電阻。剖面兩端陡坎長期出露于地表，黃土內(nèi)部的水分已散失，從而也形成高阻區(qū)段。

圖1為高密度電阻率法剖面的電阻率等值線斷面圖。從圖1可以看出，在剖面18～60m之間，存在明顯的視電阻率低阻區(qū)，并且該區(qū)域由地表向下逐漸變窄，向老窿方向靠攏;兩側(cè)視電阻率偏高，且變化不均勻。通過地表觀察可知，在剖面18m和60m處有明顯的地裂縫存在，推測左側(cè)裂縫深度在18m左右。

（二）探地雷達勘探成果分析

針對雷達實測數(shù)據(jù)，我們進行了去噪處理、一維濾波、增益控制、滑動平均處理、二維濾波等處理，得出雷達成果剖面圖。在均勻介質(zhì)的地層中，探地雷達的圖像為同相軸連續(xù)的圖譜，當?shù)叵掠捎诹严抖沟貙訑嚅_時，同相軸會出現(xiàn)斷開或錯動，形成異常，成為資料解釋的依據(jù)。黃土介電常數(shù)為5～20 ，資料處理時速度選用為8cm/ ns。因為工區(qū)新生黃土土質(zhì)疏松，電磁波能量衰減較快，使剖面下部能量明顯減弱，勘探深度受限制，故對裂縫深度的解釋可能明顯變淺。

（三）地震映像成果分析

將實測數(shù)據(jù)采用軟件進行切除、帶通濾波等處理，即將實測數(shù)據(jù)中明顯外界干擾波形清零，然后通過不同頻段濾波，對各頻段進行綜合分析，形成地震映像成果斷面圖，見圖2。

從圖2可以看出，在剖面10～17m之間存在明顯的波組異常區(qū)，推斷為地裂縫的反應(yīng)，如斜線所示。由于場地土質(zhì)松軟，選擇300m/s的速度進行計算，推測裂縫深度在15m左右。

上述三種方法在地裂縫上都有一定的反映，整體形態(tài)高密度電法反映更直觀。由于不同方法效果的差異，高密度電法、雷達和地震映像推斷的裂縫深度分別為18m、7m和15m，其中雷達是受勘探能量限制，未能測到裂縫的底部。綜合分析各種方法的解釋成果，最終推斷老窿軸線左側(cè)裂縫深度為15m ，小于老窿覆土埋深(27m)。通過地表人工挖孔驗證，裂縫形態(tài)與物探推斷形態(tài)吻合較好。

六、結(jié)語

通過對以上各種方法的解釋和綜合分析，得出以下幾點認識：

第一，物探方法在一定的地質(zhì)條件下探測地裂縫在地下的賦存位置，了解其發(fā)展深度是有效的。

第二，采用綜合物探方法，對地裂縫進行探測可以彌補單一方法的不足，提高解釋的可信度和解釋精度。

第三，針對不同的地質(zhì)條件和勘探要求，選擇合適的物探方法非常重要。