綜合物探技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害隱患排查中的應(yīng)用

莫子奮

（江西省核工業(yè)地質(zhì)局二六五大隊(duì)，江西 鷹潭 335001）

地質(zhì)災(zāi)害是自然災(zāi)害的主要類型之一，常見災(zāi)害有斜坡巖土體地質(zhì)災(zāi)害(崩塌、滑坡、泥石流)，地面變形地質(zhì)災(zāi)害(地面沉降、地面塌陷、地裂縫)等類型。由于人類活動(dòng)加劇了地質(zhì)環(huán)境的惡化速度，從而引發(fā)自然災(zāi)害，其所造成的間接損失是無(wú)法估算的[1]。因此，本文依靠現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，全面、系統(tǒng)、深入地開展地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查，以此保護(hù)人民的生命財(cái)產(chǎn)安全，降低地質(zhì)災(zāi)害的損失，對(duì)實(shí)現(xiàn)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展具有非常重要的意義。

地球物理探測(cè)方法（物探方法）是一種高效、無(wú)損傷的勘察方法，在地質(zhì)調(diào)查、資源勘查中已經(jīng)取得了顯著的成果。因此，隨著儀器精度的提高和理論的成熟，物探方法逐步在工程勘察中得到應(yīng)用。巖溶發(fā)育區(qū)的地球物理特征能夠產(chǎn)生物性異常，是物探方法應(yīng)用的前提條件[2]。

目前在國(guó)內(nèi)，地球物理方法主要應(yīng)用在地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生后，以應(yīng)急、營(yíng)救等形式出現(xiàn)在地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)，排查是否仍然存在地質(zhì)隱患，該應(yīng)用缺乏超前性、系統(tǒng)性，未達(dá)到預(yù)報(bào)排查的效果，而且利用物探方法排查地質(zhì)災(zāi)害時(shí)，缺少利用綜合性方法的一致性解決物探方法的多解性。

近年來(lái)江西省安?？h橫龍鎮(zhèn)院塘村多處地方發(fā)生房屋倒塌、開裂，地面塌陷、地面開裂等地質(zhì)災(zāi)害。威脅到該村的人民財(cái)產(chǎn)安全，為了了解該地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害隱患的危害程度及該地區(qū)內(nèi)溶洞、巖溶構(gòu)造分布情況和分布范圍，故在該地區(qū)開展物探勘查工作。

1 概況

工作區(qū)位于江西省安?？h橫龍鎮(zhèn)院塘村，隱患排查面積約0.9km2。主要工作量為高密度電法90條線，點(diǎn)距為3m，音頻大地電磁測(cè)深301點(diǎn)，點(diǎn)距20m。音頻大地電磁測(cè)深點(diǎn)與部分高密度點(diǎn)重疊。測(cè)線覆蓋整個(gè)區(qū)域，能夠摸清該地區(qū)的地下巖溶分布情況。

2 工作區(qū)地質(zhì)、地球物理特征

工作區(qū)主要分布有第四系(Q4)、石炭系橫龍組（C2h）。第四系上部為棕紅色粘土、粉質(zhì)粘土；中下部為礫石、砂卵石層為主，局部夾湖沼相灰～灰黃色粘土及泥炭層 。橫龍組巖性主要有灰、灰白色、淺灰色厚層狀白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r、灰白帶肉紅色灰?guī)r。地面塌陷、地面沉降的形成與巖溶發(fā)育、構(gòu)造破碎帶和人類活動(dòng)及地下水活動(dòng)有關(guān)。

工作區(qū)內(nèi)第四系（Q）巖性以粘土、砂質(zhì)粘土為主，在含水的情況下，粘土、粉質(zhì)粘土為低電阻率層，電阻率為幾～十幾歐姆·米。石炭系橫龍組（C2h） 巖性以灰?guī)r為主，灰?guī)r的電阻率很高，從幾百到幾千歐姆·米，甚至更高。當(dāng)灰?guī)r中有溶洞并被水、或含水的粘土、礫石等填充時(shí)，其電阻率會(huì)明顯下降，未充填的溶洞呈高阻，由于巖溶裂隙形成的含水帶呈低阻等特征，均為電法探測(cè)溶洞提供了物性條件。

3 方法技術(shù)選擇

利用物探方法排查地質(zhì)災(zāi)害隱患有多種方法，如：高密度電法、探地雷達(dá)、土壤氡濃度掃面、夸孔地震CT和線層地震發(fā)射波等。其中高密度電阻率法最為常見，并且應(yīng)用效果明顯，具備便捷、經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)。但是受探測(cè)深度的限制，對(duì)深部的地質(zhì)信息探測(cè)有限，存在次生隱患，往往地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生在次生隱患部。音頻大地電磁測(cè)深法，在隧道工程應(yīng)用較廣，有效的探測(cè)出深部裂隙帶的分布情況，但是災(zāi)害排查中應(yīng)用較少。

本文通過高密度電阻率法和音頻大地電磁測(cè)深綜合物探方法進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害隱患排，查清淺部隱患，排查深部次生隱患。利用高密度電法進(jìn)行掃面，選擇地質(zhì)和物探成果篩選的重點(diǎn)地段進(jìn)行音頻大地電磁測(cè)深。

4 方法原理

4.1 音頻大地電磁測(cè)深

EH4連續(xù)電導(dǎo)率剖面儀是一種特殊的大地電磁測(cè)深（MT）儀器，既可以接收天然場(chǎng)源的大地電磁信號(hào)，又可以接收人工場(chǎng)源的電磁信號(hào)，并且接收的頻率高于MT儀器采集的頻率，其主要用于金屬礦、地?zé)崽铩⒙癫販\的油氣田、水文、工程、環(huán)境等領(lǐng)域的淺層勘探。EH4大地電磁法和 MT 的理論和實(shí)際工作方法基本相同，不同點(diǎn)是采集的頻率段不一樣，以及獲取的信息不同。

4.2 高密度電阻率法

不同的巖層由不同的礦物組成，因此，巖層的電阻率不同。根據(jù)該現(xiàn)象，高密度電阻率法通過地表電極向地下供電，在地下建立人工電場(chǎng)，通過測(cè)量電場(chǎng)在地下的分布狀態(tài)，計(jì)算巖層的電阻率，分析巖層電阻率的變化，間接掌握地質(zhì)構(gòu)造。采用重慶地質(zhì)儀器廠生產(chǎn)的DUK-2A 高密度電法測(cè)量系統(tǒng)，選用施倫貝爾( SB1) 裝置，點(diǎn)距3 m，與其他裝置相比，SB1 裝置中MN 始終保持最小極距不變，減少了體積平均效應(yīng)的影響。利用Geogiga RImager軟件進(jìn)行反演解釋，其數(shù)據(jù)處理流程為: 將原始數(shù)據(jù)從儀器導(dǎo)入計(jì)算機(jī)并儲(chǔ)存→剔除壞點(diǎn)數(shù)據(jù)、修正干擾數(shù)據(jù)→格式轉(zhuǎn)換→正演→反演。

理論上溶洞、土洞等呈現(xiàn)高阻，但多數(shù)溶洞、土洞呈充填或半充填狀態(tài)，充填物為低阻，因此，大多數(shù)空洞由于低阻屏蔽的影響，呈現(xiàn)低阻；如果高阻巖層被低阻巖層錯(cuò)斷或高阻巖層局部出現(xiàn)低阻，則推測(cè)該部分為溶洞或破碎帶[3]。

5 取得成果

見圖1，根據(jù)第四系低阻值的原理，音頻大地電磁測(cè)深推測(cè)出基巖界限清晰。根據(jù)等值線突變處及等值不等間距現(xiàn)象，推測(cè)該剖面覆蓋區(qū)存在3條裂隙發(fā)育帶，一個(gè)巖溶發(fā)育區(qū)。

圖1 Ⅰ音頻大地電磁測(cè)深推測(cè)成果圖

見圖2，根據(jù)反演得出等值線，高密度電阻率法推測(cè)該剖面覆蓋區(qū)有3條裂隙發(fā)育帶和兩個(gè)溶洞發(fā)育區(qū)。

圖2 高密度電法測(cè)量1號(hào)剖面推斷成果圖

這兩種方法在一個(gè)條剖面開展測(cè)量，推測(cè)的結(jié)果有兩條裂隙帶吻合。但是巖溶發(fā)育區(qū)未重合，造成該情況的原因是高密度僅將淺部的巖溶探出，深部未反映，音頻大地電磁測(cè)深把深部存在巖溶區(qū)反映出來(lái)，淺部巖溶未見。

本文經(jīng)過高密度電法探測(cè)成果推斷出本次勘察區(qū)內(nèi)溶洞有27處，巖溶裂隙發(fā)育區(qū)29處，裂隙發(fā)育帶21處。音頻大地電磁測(cè)深測(cè)量，推測(cè)出測(cè)量覆蓋范圍內(nèi)存在9條裂隙帶，深部巖溶區(qū)10處。

兩種方法推測(cè)成果有6條裂隙帶吻合，巖溶有3處吻合，音頻大地電磁推測(cè)的另外3條裂隙帶是隱伏構(gòu)造和7處巖溶區(qū)，埋藏較深，超過高密度探測(cè)范圍，其未探測(cè)到[4-11]。

6 結(jié)論

本文研究的高密度電阻率法和音頻大地電磁測(cè)深的綜合物探方法在地質(zhì)災(zāi)害排查中，有以下優(yōu)缺點(diǎn)：

（1）在巖溶區(qū)，通過音頻大地電磁測(cè)深探測(cè)巖溶分布情況，優(yōu)點(diǎn)為有效發(fā)現(xiàn)隱伏構(gòu)造及深部巖溶，但是其對(duì)淺部地帶的小巖溶探測(cè)效果不佳。

（2）高密度電阻率法，深度與點(diǎn)距及采集層數(shù)有關(guān)，如果增大點(diǎn)距，可以滿足探測(cè)深部要求，但對(duì)單一異常體容易錯(cuò)失。因此，探測(cè)目標(biāo)體決定其點(diǎn)距。該方法可以清楚的探明淺部巖溶的分布情況，但深部地段難于探明。

綜上所述，利用綜合物探方法，可以在地質(zhì)災(zāi)害排查中相互彌補(bǔ)。利用綜合物探方法的一致性解決物探方法單一使用時(shí)的多解性，增加物探方法的準(zhǔn)確性。