綜合物探方法在機(jī)場滑行道地裂縫探測中的應(yīng)用

曾海柏,林漫,陳孝剛

(北京航天勘察設(shè)計研究院有限公司，北京　100071)

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綜合物探方法在機(jī)場滑行道地裂縫探測中的應(yīng)用

曾海柏,林漫,陳孝剛

(北京航天勘察設(shè)計研究院有限公司，北京100071)

摘要：地裂縫是地質(zhì)災(zāi)害中地面變形災(zāi)害之一，其發(fā)生頻率和災(zāi)害程度逐年加劇。本文依托機(jī)場滑行道地裂縫現(xiàn)狀，應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)探測與高密度地震映像勘探相結(jié)合的探測方法，綜合研究分析地裂縫的發(fā)育特征，為地裂縫災(zāi)害的治理提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：地裂縫；地質(zhì)雷達(dá)；高密度地震映像勘探；機(jī)場

地裂縫是在內(nèi)、外力作用下巖石和土層發(fā)生變形，當(dāng)力的作用與積累超過巖土層內(nèi)部的結(jié)合力時，巖土層發(fā)生破裂，其連續(xù)性遭受破壞，形成裂隙。根據(jù)地裂縫的形成機(jī)理及特點(diǎn)，地裂縫勘探方法[1]主要有綜合地質(zhì)調(diào)查法、地球化學(xué)探測法、地球物理探測法及鉆探等方法。因地球物理探測方法以分辨率高、空間位置反應(yīng)清晰等特點(diǎn)，在地裂縫勘探中應(yīng)用最為廣泛。目前在地球物理探測方法中，根據(jù)地裂縫的發(fā)育特征，選用淺層地震勘探方法中的一種或兩種組合比較普遍，并且都取得了良好的探測效果。

本文主要依托機(jī)場滑行道地裂縫的工程實(shí)例，分析機(jī)場的各種電磁干擾和震動等不利影響，采用地質(zhì)雷達(dá)探測與高密度地震映像勘探相結(jié)合的探測方法，綜合研究地裂縫的分布及隨深度變化的發(fā)育特征，是一次用來探測地裂縫發(fā)育特征的新嘗試。

1地質(zhì)雷達(dá)及高密度地震映像勘探工作原理

1.1地質(zhì)雷達(dá)方法

地質(zhì)雷達(dá)是一種用于確定地下介質(zhì)分布的廣譜電磁波技術(shù)[2]，其原理為通過寬頻帶時域發(fā)射天線，向介質(zhì)發(fā)射高頻短脈沖電磁波。波在介質(zhì)傳播過程中遇到不同電性介面就會產(chǎn)生反射，再由接收天線接收反射回來的信息，由計算機(jī)將接收回來的數(shù)字信號進(jìn)行分析計算和成像處理。地質(zhì)雷達(dá)發(fā)射的高頻電磁波傳播速度主要與不同地層介質(zhì)的介電常數(shù)有關(guān)。電磁波在某種介質(zhì)中傳播時，遇到不同的界面(如巖體的脫空、塌陷、充水等)將會產(chǎn)生反射和透射，運(yùn)用這種原理即可解決不同領(lǐng)域的地質(zhì)問題。

1.2高密度地震映像勘探

高密度地震映像法是通過接收小偏移距、小點(diǎn)距的人工激發(fā)的地震發(fā)生彈性振動，該振動以彈性波的形式在介質(zhì)中傳播，若彈性波在傳播過程中遇到波阻抗界面時，就會發(fā)生反射，通過地面的檢波器接收其振動信號，應(yīng)用專門的軟件對其特征進(jìn)行處理和分析，就可以得到地下介質(zhì)的變化情況[3]。高密度地震映像法數(shù)據(jù)處理相對簡單，不需做動校正處理，不存在由于動校正造成的波形拉伸畸變或近地表廣角反射引起的畸變。

2工程實(shí)例

2.1工程概況

本機(jī)場位于北京市順義區(qū)，地處良鄉(xiāng)-前門-順義斷裂北端，該斷裂基本沿著NE30°～55°方向展布，早期地質(zhì)活動造成上下兩盤第四系松散沉積層厚度相差很大，兩盤松散堆積厚度相差300多米，造成了斷裂兩側(cè)巖土體的不均勻性。因大量開采地下水對地裂縫活動起著誘發(fā)促進(jìn)作用，地下水位下降的情況下，導(dǎo)致東南盤地面相對下沉，沿斷裂走向出現(xiàn)了地裂縫帶[4]。

因機(jī)場特殊的地理位置，在機(jī)場建成投入使用10余年后，發(fā)現(xiàn)位于航站樓東側(cè)地表出現(xiàn)裂縫，該裂縫自Z2滑行跑道南側(cè)的加油站道面開始，向東北方向穿越Z2滑行道、Z3滑行道、F滑行道至東側(cè)道肩，裂縫影響帶總體長度約600延米，影響寬度約3.0～4.0 m。受此地裂縫帶影響，道面的混凝土板塊呈不連續(xù)斷裂狀，在垂直方向上一般伴有3～6 cm的位錯，詳見圖1、圖2。

圖1　地裂縫現(xiàn)狀

圖2　地裂縫裂開寬度

2.2探測儀器及測線布置

地質(zhì)雷達(dá)探測使用美國SIR-3000儀器，100 MHz雷達(dá)天線，512次掃描/s，記錄時窗512ns，測線垂直于裂縫走向布設(shè)，共設(shè)置地質(zhì)雷達(dá)測線23條。

高密度地震映像法采用美國S-LAND 96道數(shù)字地震儀，采用單邊激發(fā)，炮間距5 m，測線垂直于裂縫走向布設(shè)，共設(shè)置高密度地震映像測線3條。

2.3探測結(jié)果和分析

由于本實(shí)例測線較多，本文選取其中兩條測線，根據(jù)地質(zhì)雷達(dá)圖像和地震映像的探測結(jié)果，綜合分析地裂縫、裂隙的特征。

2.3.1地質(zhì)雷達(dá)圖譜及分析

地質(zhì)雷達(dá)在探測過程中，天線經(jīng)過裂隙區(qū)域時，由于裂隙的介電常數(shù)與周圍的介質(zhì)存在明顯差異，電磁波在裂隙界面發(fā)生反射，天線接收到的反射信號在波形圖表現(xiàn)為振幅變化幅度大，波形雜亂、不規(guī)則，同相軸不連續(xù)或發(fā)生畸變等特點(diǎn)[5]。其典型地質(zhì)雷達(dá)圖譜見圖3、圖4，其中圖3反射波形態(tài)相似，圖中圈出部位較附近其它部位振幅變化大，反射較強(qiáng)，同相軸反射波明顯不連續(xù)，說明此部位裂隙較發(fā)育，其深度分布范圍在0.5～1.5 m之間。圖4反射波形態(tài)相似，圖中圈出部位較附近其它部位反射強(qiáng)，同相軸反射波發(fā)生明顯畸變，說明此部位裂隙較很發(fā)育，其深度從地面延伸至2.0 m以下。

2.3.2高密度地震映像勘探圖譜及分析

圖3　地質(zhì)雷達(dá)圖譜1

圖4　地質(zhì)雷達(dá)圖譜2

在圖5中，圖譜上部33至49道號間，圖6中，圖譜上部26～33道號間，100 ms以下的同相軸出現(xiàn)錯斷，推斷是淺部小斷層的反映，按第四系沉積地層縱波平均速度1 500 m/s計算(一般用微測井資料才能精確給出地層平均速度)，該斷層出現(xiàn)的深度在6.5 m左右。

圖5　高密度地震映像圖譜1

3結(jié)論

結(jié)合綜合物探方法在機(jī)場滑行道地裂縫探測中的應(yīng)用實(shí)例分析，可以得出以下結(jié)論：

(1) 地質(zhì)雷達(dá)具有探測效率高、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，在機(jī)場滑行道的地裂縫探測中，能清晰直觀的反應(yīng)地裂縫的分布范圍、發(fā)育程度，取得了良好的探測效果。

圖6　高密度地震映像圖譜2

(2) 高密度地震映像勘探是一種施工簡單、操作靈活、對斷層比較敏感的新型物探技術(shù)，能準(zhǔn)確的反映地裂縫的發(fā)育特征。是一種補(bǔ)充技術(shù)手段，提高了雷達(dá)圖譜判讀的準(zhǔn)確性。(3) 應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)與高密度地震映像勘探相結(jié)合，綜合研究地裂縫的分布及隨深度變化的發(fā)育特征，是一種探測地裂縫分布特征的有效的技術(shù)組合。

參考文獻(xiàn)

[1]賈三滿，王海剛，葉超，等.北京地區(qū)地裂縫勘察方法研究[J].工程地質(zhì)學(xué)報，2011,19(suppl 1)：104-111.

[2]楊天春，周勇，李好.超前探測中探地雷達(dá)應(yīng)用與結(jié)果的處理分析[J].工程地質(zhì)學(xué)報，2010，18(6)：971-975.

[3]王振東.淺層地震勘探應(yīng)用技術(shù)[M].北京：地質(zhì)出版社，1988.

[4]張世民，劉旭東，任俊杰,等.順義地裂縫成因與順義-良鄉(xiāng)斷裂北段活動性探討[J].中國地震，2005,21(1)：84-92.

[5]蘇兆峰，陳昌彥，肖敏.探地雷達(dá)探測地下管線的機(jī)理和應(yīng)用研究[J].巖土工程技術(shù)，2013，27(4)：191-195.

E-mail:121619838@qq.com

THE APPLICATION OF INTEGRATED GEOPHYSICAL EXPLORATION METHOD IN GROUND FISSURE OF AIRPORT TAXIWAY

ZENG Hai-bai，LIN Man,CHEN Xiao-gang

(Beijing Aerospace Geotechnical Engineering Institute Co.,Ltd,Beijing100071,China)

Abstract:Ground fissure is one of the ground deformation disasters in geological disaster, its frequency and disaster degree increased year by year. In this paper, based on the airport taxiway status of the ground fissures, the application of geological radar detection combined with exploration of high-density seismic image method, comprehensive research and analysis of ground fissure development characteristic, provide the basis for the management of ground fissure disasters.

Key words：ground fissure； ground penetrating radar (GPR)； high density seismic image exploration； airport

作者簡介：曾海柏(1982-)，男，工程師，湖南邵陽人，主要從事巖土工程勘察、巖土工程設(shè)計、地質(zhì)災(zāi)害評估及治理工作。

中圖分類號：P642；P642.26

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

收稿日期：2015-12-10改回日期：2015-12-30

文章編號：1006-4362(2016)01-0082-04