淺析綜合物探方法在巖溶塌陷地質(zhì)災(zāi)害勘查中的應(yīng)用

趙慶鋼 馬晨 曾國龍

摘要：巖溶塌陷引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害對人民生命財(cái)產(chǎn)造成的影響巨大。目前，探測塌陷區(qū)的物探方法種類繁多，通過綜合運(yùn)用物探方法，取其優(yōu)點(diǎn)。通過對杉樹坡中心地面塌陷為研究對象，運(yùn)用高密度電法、瞬間電磁法和地質(zhì)雷達(dá)相結(jié)合的物探方法探測重點(diǎn)塌陷區(qū)域，查明塌陷區(qū)及覆蓋層厚度、地質(zhì)構(gòu)造和地層巖性變化，為后期地面塌陷災(zāi)害治理提供了科學(xué)依據(jù)。通過三種物探方法相結(jié)合的應(yīng)用，物探勘查效果顯著。證明這三種方法相結(jié)合是碳酸鹽巖地區(qū)巖溶塌陷地質(zhì)災(zāi)害勘查中非常有效的綜合物探方法。

關(guān)鍵詞：高密度電法；巖溶塌陷；綜合物探；碳酸鹽巖；地質(zhì)災(zāi)害

1.前言

巖溶塌陷（KARST COLLAPSE）是巖溶洞穴、上覆沉積物及地下水，構(gòu)成固體、液體及氣體三相力學(xué)平衡體系，地下水位變動(dòng)達(dá)到一定幅度，平衡破壞，上覆松散沉積物突然塌落，形成上大下小的圓錐形塌陷坑。巖溶塌陷可分為兩種，一種是“土層塌陷”；另一種是“基巖塌陷”，在碳酸鹽巖分布區(qū)上有松散土層覆蓋，塌陷主要發(fā)生在土層中，稱為“土層塌陷”，發(fā)育數(shù)量多、分布廣；若洞隙頂板的各類巖石較破碎時(shí)，導(dǎo)致頂板陷落的塌陷稱為“基巖塌陷”。針對地面塌陷勘查的地球物理探測技術(shù)方法較多，目前，地表塌陷區(qū)勘查主要以物探為主，結(jié)合鉆探驗(yàn)證的方法。充分利用物探方法的優(yōu)點(diǎn)，選擇合適的物探勘查方法，本文通過選用高密度電法、瞬變電磁法、地質(zhì)雷達(dá)法三種物探方法結(jié)合進(jìn)行。

2.物探方法的選擇

巖溶塌陷地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生是由于可溶巖的存在，特別是在西南山區(qū)碳酸鹽巖的大面積分布，巖溶塌陷地質(zhì)災(zāi)害給人民生命財(cái)產(chǎn)造成了極大損失。詳見表1。

初步查明塌陷點(diǎn)的成因以及附近區(qū)域淺部可能存在的巖溶、裂隙、巖石破碎分布情況。隱伏土洞發(fā)生和發(fā)展是導(dǎo)致巖溶地區(qū)地表塌陷的直接原因，危害極大。在碳酸巖鹽巖地區(qū)巖溶塌陷地質(zhì)災(zāi)害勘查中最重要的物探方法為瞬變電磁法、地質(zhì)雷達(dá)等方法，對勘查隱伏土洞效果顯著且測線受地形地物限制較小。

3.工程實(shí)例

若汛期持續(xù)，各地地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，在杉樹坡村共出現(xiàn)三處塌陷，給當(dāng)?shù)卮迕駧韲?yán)重的安全隱患。為查明塌陷成因，為下步災(zāi)害治理提供依據(jù)，為此承擔(dān)杉樹坡村巖溶塌陷物探勘查工作，在杉樹坡村指定范圍內(nèi)開展物探測量工作，并根據(jù)實(shí)測成果編制提交物探勘查報(bào)告。

3.1勘查方法技術(shù)概述

在巖溶發(fā)育地區(qū)物探勘查方法的選擇對目標(biāo)體的探測尤為重要，方法的有效性和針對性直接關(guān)系探測精度，是否高質(zhì)量高標(biāo)準(zhǔn)完成目的任務(wù)，取決于方法選用以及解釋結(jié)果。本次物探工作共完成實(shí)測高密度電法剖面1條，點(diǎn)距2m～3m。實(shí)測瞬變電磁法剖面1條，點(diǎn)距2m～4m。實(shí)測地質(zhì)雷達(dá)剖面1條，點(diǎn)距0.5m。

3.1.1高密度電法工作方法及效果評價(jià)

高密度電阻率法是一次性布極，多道高密度采樣的地面電阻率法的一個(gè)變種，其實(shí)質(zhì)是具有測深與剖面測量性質(zhì)的電阻率法，與傳統(tǒng)電阻率方法原理完全相同，即以地下介質(zhì)的電性差異為物質(zhì)前提，通過分析研究人工場源的分布及變化規(guī)律尋找目標(biāo)異常體。特點(diǎn)是：信息量大、分辨率高，全自動(dòng)、快速采樣、效率高、解釋方便和精度高等優(yōu)點(diǎn)。通過高密度電法測量，對測量數(shù)據(jù)處理，結(jié)合地質(zhì)資料綜合分析，推測出滑坡堆積體的分布及厚度。

本工作區(qū)最終主要采用溫納排列高密度電阻率法裝置進(jìn)行測量。溫納排列工作方式為見圖1：

從圖2分析：電阻率反應(yīng)明顯，物性層位清晰，電性層為高阻—低阻—高阻三個(gè)層位，根據(jù)收集資料及實(shí)際情況分析：物探推斷分別為素填土（砂土、碎石等松散堆積體）—紅黏土層—基巖層（石灰?guī)r）三層。具體分析如下：

剖面0m～297m，埋深0m～16m為一橫向間斷高阻反映，電阻率在300Ω·m～3000Ω·m，推測為砂土、碎石等松散堆積體。在整條剖面，埋深2m至25m為一似層狀低阻異常，電阻率在2Ω·m～70Ω·m，推測為紅黏土層。在整條剖面的中深部，電阻率整體為高阻特征，電阻率在300Ω·m～3000Ω·m，推測為完整的石灰?guī)r層。本次高密度電法物性層位清晰，素填土層、紅黏土層以及關(guān)嶺組（T2g）石灰?guī)r層均反應(yīng)明顯，未發(fā)現(xiàn)較大的裂隙、巖溶等含水低阻異常體。

3.1.2瞬變電磁法工作方法及效果評價(jià)

瞬變電磁法是利用不接地回線或電極向地下發(fā)送脈沖式一次電磁場，用線圈或接地電極觀測由該脈沖電磁場感應(yīng)的地下渦流產(chǎn)生的二次電磁場的空間和時(shí)間分布，來解決有關(guān)地質(zhì)問題的時(shí)間域電磁法。該方法受地形影響相對較小，觀測的是純二次場，勘探深度相對較深等優(yōu)勢。根據(jù)地球物理?xiàng)l件、勘探目的與任務(wù)，經(jīng)周邊地區(qū)經(jīng)驗(yàn)及以往物探方法選擇應(yīng)用綜合考慮，本次物探勘查選用重疊回線裝置。圖3為本次測量裝置原理示意圖。

全區(qū)共發(fā)現(xiàn)較明顯物探低阻異常區(qū)4個(gè)，分別推測為裂隙發(fā)育導(dǎo)含水或砂泥巖充填引起，本次瞬變電磁法異常主要集中在素填土層，因此未推測異常帶。整條剖面共發(fā)現(xiàn)4處較明顯異常區(qū)（S2-1、S2-2、S2-3、S2-4）（見圖4杉樹坡村巖溶塌陷物探工作S02線剖面成果圖）。具體解釋如下：

3.1.3地質(zhì)雷達(dá)工作方法及效果評價(jià)