地球物理聯(lián)合探測(cè)在識(shí)別巖溶地面塌陷精細(xì)結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用—以武漢市為例

劉道涵，徐俊杰，劉 磊，何 軍，齊 信，陳 松

(1.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局武漢地質(zhì)調(diào)查中心，湖北武漢 430205；2.中南地質(zhì)科技創(chuàng)新中心，湖北武漢 430205；3.湖北省地質(zhì)局地球物理勘探大隊(duì)，湖北武漢 430056)

0 引言

巖溶地面塌陷是隱伏巖溶區(qū)常見(jiàn)的地質(zhì)災(zāi)害類型，具有隱蔽、突發(fā)、反復(fù)，且危害大等特點(diǎn)(Lei et al.,2015)。我國(guó)可溶巖面積約為346.3×104km2,占國(guó)土面積的三分之一以上，是全球16個(gè)存在嚴(yán)重巖溶地面塌陷問(wèn)題的國(guó)家之一(蔣忠誠(chéng)等，2012；林良俊等，2017)。武漢市可溶巖分布面積約1161 km2，其中96%為隱伏巖溶區(qū)，受地下水、地表水和城市人類工程活動(dòng)的疊加作用影響，武漢市巖溶地面塌陷事件時(shí)有發(fā)生，給人民財(cái)產(chǎn)安全和城市規(guī)劃發(fā)展產(chǎn)生極大威脅。

目前，我國(guó)巖溶地面塌陷“成因機(jī)制、識(shí)別評(píng)價(jià)、監(jiān)測(cè)預(yù)警、應(yīng)急處置和風(fēng)險(xiǎn)管理”五位一體的技術(shù)理論框架體系已基本形成，但成因機(jī)制量化程度不夠、隱患識(shí)別評(píng)價(jià)方法精度不足和監(jiān)測(cè)預(yù)警閾值難以獲取等問(wèn)題仍然突出，嚴(yán)重制約巖溶地面塌陷的防治(蒙彥和雷明堂，2019)。同時(shí)，武漢、廣州、長(zhǎng)沙、桂林等城市的地下空間開(kāi)發(fā)均面臨著巖溶特殊地質(zhì)問(wèn)題，其中武漢具有代表性(姜月華等，2017；黃強(qiáng)兵等，2019)。因此，開(kāi)展巖溶精細(xì)結(jié)構(gòu)探測(cè)對(duì)城市地質(zhì)災(zāi)害防治和國(guó)土空間開(kāi)發(fā)利用均具有重要意義。但現(xiàn)有隱伏型巖溶探測(cè)技術(shù)存在明顯不足(黃強(qiáng)兵等，2019)，常規(guī)手段難以滿足巖溶塌陷精細(xì)結(jié)構(gòu)探測(cè)的需求。因此，本文擬以武漢市為例，梳理總結(jié)武漢市隱伏巖溶區(qū)地下空間探測(cè)的地質(zhì)要素特征，并針對(duì)性引入三維高密度電阻率法、多源面波勘探和地面核磁共振方法等地球物理新技術(shù)方法開(kāi)展聯(lián)合探測(cè)試驗(yàn)，探討各方法的優(yōu)劣勢(shì)，從而為武漢市巖溶地質(zhì)結(jié)構(gòu)精細(xì)探測(cè)提供參考。

1 武漢市巖溶探測(cè)地質(zhì)要素

武漢市大地構(gòu)造跨及揚(yáng)子陸塊區(qū)和秦嶺-大別造山帶兩大一級(jí)構(gòu)造單元。以襄樊-廣濟(jì)大斷裂為界，南側(cè)為揚(yáng)子陸塊區(qū)下?lián)P子陸塊之鄂東南褶沖帶，所處四級(jí)構(gòu)造單元為武漢臺(tái)地褶沖帶；北側(cè)為秦嶺-大別造山帶之秦嶺弧盆系，四級(jí)構(gòu)造單元屬隨南陸緣裂谷(大陸邊緣裂谷盆地)、麻城-新洲凹陷。巖溶區(qū)主要呈條帶狀分布于南部揚(yáng)子地層區(qū)下?lián)P子地層分區(qū)的大冶地層小區(qū)，以隱伏巖溶為主，巖溶形態(tài)主要為溶隙、溶孔和小規(guī)模溶洞，充填型溶洞為主。主要可溶巖為三疊系中下統(tǒng)嘉陵江組(T1-2j)白云質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r夾白云巖和下統(tǒng)大冶組(T1d)灰?guī)r，二疊系下統(tǒng)棲霞組(P2q)燧石結(jié)核灰?guī)r，石炭系上統(tǒng)船山組(C2c)和黃龍組(C2h)厚層狀白云巖、灰?guī)r，以及下統(tǒng)和洲組(C1h)粘土巖夾灰?guī)r。其中，以石炭系上統(tǒng)黃龍組(C2h)和船山組(C2c)的巖溶發(fā)育程度最高。

以往巖溶塌陷研究從成因機(jī)理、致塌模式和演化機(jī)理等方面進(jìn)行了系統(tǒng)總結(jié)(王飛等，2017；鄭曉明等，2019)，并根據(jù)土體受力后塌陷過(guò)程中顆粒的運(yùn)移方式，將武漢市巖溶塌陷機(jī)理分為土洞型和沙漏型2種(羅小杰和沈建，2018；何軍等，2020)。其中，巖溶發(fā)育程度、土層厚度和結(jié)構(gòu)、地下水構(gòu)成了巖溶地面塌陷的原生地質(zhì)條件，也是隱伏巖溶區(qū)地下空間探測(cè)的關(guān)鍵地質(zhì)要素，對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)梳理有助于指導(dǎo)地球物理方法技術(shù)的選擇。因此，結(jié)合武漢市以往地質(zhì)調(diào)查和巖溶塌陷專項(xiàng)勘查等成果資料，分別對(duì)武漢市可溶巖、土層和地下水等地質(zhì)要素典型特征進(jìn)行梳理總結(jié)，并確定以下巖溶地下空間探測(cè)的具體目標(biāo)(見(jiàn)表1)。

表1 武漢市巖溶探測(cè)地質(zhì)要素特征及主要探測(cè)目標(biāo)

2 巖溶探測(cè)地球物理方法

地下空間探測(cè)一直是地球物理領(lǐng)域關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題，大量學(xué)者開(kāi)展了富有成效的應(yīng)用研究工作(Valois et al.，2011；李萬(wàn)倫等，2018)，尤其是電阻率、橫波速度等物性參數(shù)對(duì)地下空間分層和異常體圈定有較好的指示作用。目前，巖溶區(qū)地下空間探測(cè)中常用的地球物理方法主要有高密度電阻率法、探地雷達(dá)、跨孔CT、電磁法和淺層地震勘探等方法(鄭智杰等，2017；賈龍等，2018；Djabir et al.，2019；林松等，2019；劉偉等，2019；Verdet et al.，2020)。其中，高密度電阻率法探測(cè)深度大、抗干擾能力強(qiáng)，是目前最常用的巖溶探測(cè)手段之一。探地雷達(dá)主要應(yīng)用于裸露型和淺覆蓋型巖溶，精度高但探測(cè)深度淺?？缈證T被廣泛應(yīng)用于工程施工，但對(duì)施工成本和鉆孔間距等均有較高要求。電磁法和淺層地震勘探在埋藏型巖溶探測(cè)中具有較好效果，主要適用于大深度大規(guī)模巖溶探測(cè)。此外，微重力探測(cè)也被用于探測(cè)淺層溶洞和充填型溶洞(Solbakk et al.，2018)。但受場(chǎng)地地質(zhì)環(huán)境和探測(cè)精度要求的不斷提高，現(xiàn)行物探方法仍難以滿足隱伏巖溶區(qū)地下空間探測(cè)的需求，主要表現(xiàn)為單一方法難以實(shí)現(xiàn)全地質(zhì)要素探測(cè)，同時(shí)，以武漢市為典型的深覆蓋中小型隱伏巖溶體進(jìn)一步加大了探測(cè)的難度。因此，有必要結(jié)合物探技術(shù)方法的新進(jìn)展，針對(duì)性開(kāi)展隱伏巖溶區(qū)地下空間探測(cè)新方法研究。

2.1 三維高密度電阻率法

高密度電阻率法(Electric Resistivity Tomography，ERT)通過(guò)對(duì)地下供入短時(shí)電流建立電場(chǎng)，并用電極探測(cè)不同位置的電位差來(lái)計(jì)算視電阻率值，然后通過(guò)對(duì)地下半空間進(jìn)行數(shù)值差分，反演計(jì)算不同位置的電阻率值。該方法兼具電測(cè)深和電剖面法的特點(diǎn)，具有一次完成電極布設(shè)，采集數(shù)據(jù)量大、工作效率高，能直觀、準(zhǔn)確地反映地下電性異常特征等優(yōu)點(diǎn)(劉道涵等，2020)。常規(guī)高密度電阻率法采用二維剖面探測(cè)，將地下地質(zhì)體假定為二維電性結(jié)構(gòu)進(jìn)行正反演計(jì)算，但在實(shí)際巖溶探測(cè)中，巖溶體常具有強(qiáng)烈的“三維性”特征，常規(guī)二維探測(cè)不可避免受“旁側(cè)效應(yīng)”影響將產(chǎn)生假性異常。三維高密度電阻率法在數(shù)據(jù)采集和正反演計(jì)算中均基于三維網(wǎng)格剖分，使用體元代替常規(guī)面元進(jìn)行電阻率賦值，可刻畫(huà)電導(dǎo)率在空間三維上的變化，更符合客觀實(shí)際(Fu et al.，2020；Upadhyay et al.，2020)。同時(shí)，供電位置沿電極三維移動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)不同方向電場(chǎng)激發(fā)-接收組合，降低地下電導(dǎo)率各向異性導(dǎo)致的不利影響，對(duì)巖溶、孤石等三維地質(zhì)體探測(cè)具有明顯優(yōu)勢(shì)。

2.2 多源面波勘探

面波主要是集中于距離自由地表約一個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)的彈性波，它是體波與自由界面相互作用的產(chǎn)物，具有能量強(qiáng)、頻率低、頻散等特點(diǎn)(李雪燕等，2020)。面波勘探(Surface wave exploration)主要使用多臺(tái)檢波器拾取不同頻率的面波數(shù)據(jù)，再利用一定處理方法提取頻散曲線，最后反演獲得橫波速度結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)對(duì)地下空間探測(cè)。目前，以微動(dòng)為代表的被動(dòng)源面波勘探被廣泛應(yīng)用，它突破了源的限制，直接提取嘈雜環(huán)境中的面波頻散曲線，實(shí)現(xiàn)橫波速度提取(張若晗等，2020)。多源面波勘探是對(duì)微動(dòng)探測(cè)技術(shù)的改進(jìn)，該方法采用人工源、小排列的天然源數(shù)據(jù)補(bǔ)償微動(dòng)頻散圖像的高頻段，有助于提升淺部分辨率和反演地下橫波速度的精度。面波勘探具有分辨率高、分層能力強(qiáng)、施工方便、不受高速層影響等優(yōu)點(diǎn)。

2.3 地面核磁共振方法

地面核磁共振方法也叫地面磁共振測(cè)深(Surface nuclear magnetic resonance,SNMR)，是近30年發(fā)展起來(lái)的地球物理高新技術(shù)，也是目前唯一直接能夠直接探測(cè)地下水的地球物理方法，具有靈敏、高效、無(wú)損的特點(diǎn)(陳斌等，2013)。與醫(yī)學(xué)磁共振成像(MRI)原理類似，地面核磁共振測(cè)深通過(guò)對(duì)地面線圈供入拉莫爾頻率的交變電流，產(chǎn)生激發(fā)磁場(chǎng)激發(fā)地下水中的氫核發(fā)生能級(jí)躍遷，同時(shí)接收能級(jí)自發(fā)躍遷產(chǎn)生的核磁共振信號(hào)，并反演得到地下含水量和弛豫時(shí)間隨深度變化，從而達(dá)到探測(cè)地下水和含水層結(jié)構(gòu)的目的。隨著核磁共振儀器的改進(jìn)，目前“死區(qū)時(shí)間”可縮短至4 ms，拓展了地面核磁共振方法對(duì)小孔隙含水層的識(shí)別能力，同時(shí)，多道分離線圈采集系統(tǒng)、參考道和自適應(yīng)消噪等新技術(shù)的應(yīng)用，極大增強(qiáng)了地面磁共振方法的抗干擾能力(Behroozmand et al.，2015；林君和張洋，2016)。目前，地面核磁共振方法主要被應(yīng)用于地下水探測(cè)、水資源評(píng)價(jià)和隧道超前探測(cè)等領(lǐng)域(Flinchum et al.，2019；劉道涵等，2019)。

3 實(shí)例分析

本文將以武漢市法泗街巖溶塌陷區(qū)為例，開(kāi)展地球物理聯(lián)合探測(cè)應(yīng)用研究。法泗街巖溶塌陷區(qū)位于武漢市西南部，地處長(zhǎng)江一級(jí)階地，于2014年9月發(fā)生地面塌陷，共有18個(gè)塌陷坑分布于金水河兩岸，塌陷坑總體走向近NE50°，呈串珠狀排列(如圖1)。鉆孔揭露塌陷區(qū)下伏基巖為二疊系中統(tǒng)棲霞組灰?guī)r(P2q)，塌陷區(qū)內(nèi)巖溶較發(fā)育，以溶隙、溶槽及溶孔為主，少有溶洞發(fā)育，受基巖巖性和NE向 50°～60°構(gòu)造裂隙及層間裂隙控制，具有明顯的成帶性、方向性(鄭曉明等，2019)；覆蓋層為“上黏下砂”河流相二元結(jié)構(gòu)，細(xì)砂層直接覆蓋于碳酸鹽巖之上。同時(shí)，該區(qū)地下水以第四系全新統(tǒng)孔隙承壓水和碳酸鹽巖裂隙巖溶水為主，第四系全新統(tǒng)孔隙承壓水地下水位埋深一般較淺，水位差較大，滲透系數(shù)階地前緣一般比后緣大。

結(jié)合區(qū)內(nèi)地層巖性結(jié)構(gòu)，該區(qū)淺部物性主要由“低阻、低速”的二元結(jié)構(gòu)覆蓋層和“高阻、高速”的碳酸鹽巖組成。低阻低速層厚度約25～30 m，巖溶發(fā)育區(qū)受地下水和充填物質(zhì)影響，波速和電阻率將明顯降低。因此，不同地層和地質(zhì)體的物性差異將為地球物理勘探提供必要前提。同時(shí)，區(qū)內(nèi)武深高速、居民區(qū)和河道為區(qū)內(nèi)主要干擾源，在測(cè)線布設(shè)時(shí)需重點(diǎn)考慮。

3.1 三維高密度電阻率法

采用高密度電阻率法分別進(jìn)行了二維剖面和三維塌陷體探測(cè)。其中，二維高密度電阻率布設(shè)“十字形”L1、L2測(cè)線，極距為5 m，采用偶極-偶極和斯倫貝謝組合裝置。三維高密度電阻率法布設(shè)于15號(hào)塌陷坑處，采用5 m×5 m點(diǎn)線距進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，采集裝置為徑向偶極-梯度裝置。對(duì)采集的視電阻率數(shù)據(jù)分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并以3%重復(fù)觀測(cè)誤差為閾值進(jìn)行噪聲剔除，同時(shí)采用光滑反演算法進(jìn)行迭代計(jì)算，以視電阻率均一模型為初始模型，多次試驗(yàn)后選取圓滑系數(shù)為10，阻尼因子為10，并約束電阻率在1～105Ω·m，經(jīng)過(guò)多次迭代計(jì)算模型收斂得到電阻率反演結(jié)果以及反演迭代次數(shù)和擬合差數(shù)據(jù)(如圖2)。

圖1 武漢市法泗塌陷區(qū)工作示意圖

圖2 二維三維高密度電阻率法探測(cè)結(jié)果對(duì)比

圖2a為二維高密度電阻率法L1線視電阻率斷面圖，其反映了采集原始視電阻率值，可見(jiàn)采集數(shù)據(jù)中“跳點(diǎn)”、負(fù)值等畸變數(shù)據(jù)較少，層狀特征明顯。結(jié)合數(shù)據(jù)重復(fù)觀測(cè)誤差和觀測(cè)電位等數(shù)據(jù)，表明此次野外數(shù)據(jù)采集質(zhì)量高。圖2b為L(zhǎng)1線二維反演結(jié)果，可見(jiàn)該區(qū)電性上具有明顯的“深高淺低”三層結(jié)構(gòu)特征，與鉆孔資料揭露巖性分層能夠較好對(duì)應(yīng)。深部電阻率可達(dá)800 Ω·m以上，為區(qū)內(nèi)主要高阻層，鉆孔揭露該層為棲霞組灰?guī)r(P2q)，頂部巖溶較發(fā)育，與該層頂部電阻率梯度變化具有相關(guān)性，同時(shí)，電阻率參數(shù)顯示該灰?guī)r頂界面埋深介于16～33 m；淺部低阻層電阻率小于15 Ω·m，為粘土層，厚度約8～11 m；中間電性層與灰?guī)r層和粘土層電阻率差異明顯，鉆孔揭露為細(xì)砂層，電阻率介于60～200 Ω·m，其內(nèi)部可見(jiàn)多處低阻體(小于30 Ω· m)，并與淺部粘土層呈連續(xù)展示，尤其測(cè)線西南端30～80 m段低阻體與8號(hào)和11號(hào)塌陷體位置對(duì)應(yīng)，因此，推斷其為粘土層進(jìn)入細(xì)砂層導(dǎo)致電阻率降低。

圖2c為三維高密度電阻率法采集視電阻率散點(diǎn)圖，對(duì)數(shù)據(jù)整理后進(jìn)行三維圓滑反演，得到反演結(jié)果如圖2d，其探測(cè)深度約14 m，反演電阻率最高約150 Ω·m，結(jié)合二維探測(cè)結(jié)果推斷，該探測(cè)深度應(yīng)未到達(dá)灰?guī)r地層。在14 m深度內(nèi)，三維反演電阻率仍表現(xiàn)為高低差異明顯的兩層電性特征，與二維反演結(jié)果類似，淺部電阻率小于15 Ω·m，為粘土層，深部電阻率大于60 Ω·m。利用粘土層與砂層電阻率差異特征，采用電阻率梯度極值進(jìn)行電性提取，并單獨(dú)顯示15 Ω·m等值面(如圖2e)，可將地表粘土層與砂層進(jìn)行較好分離，由此實(shí)現(xiàn)粘土層分布范圍的圈定。探測(cè)結(jié)果顯示，三維高密度電阻率法對(duì)二維探測(cè)未見(jiàn)明顯異常的15號(hào)塌陷體反映明顯，測(cè)區(qū)中部存在一漏斗狀低阻體，邊界連續(xù)，深度約10 m；西北角可見(jiàn)一部分凹陷狀異常，與14號(hào)塌陷體能夠較好對(duì)應(yīng)；同時(shí)，還可見(jiàn)許多小型低阻凹陷體，推斷為進(jìn)入砂層中的粘土體導(dǎo)致，顯示出該區(qū)覆蓋土層擾動(dòng)明顯的特征。

3.2 多源面波勘探

多源面波勘探分別采用主動(dòng)源和被動(dòng)源面波方法，主動(dòng)源面波勘探采用使用24道4.5 Hz單分量檢波器采集，道間距為1 m，最小偏移距10 m，單炮排列長(zhǎng)度33 m，炮距為5 m；被動(dòng)源面波采用0.1 Hz低頻檢波器，道間距為4 m，單點(diǎn)排列長(zhǎng)度36 m，采集時(shí)間20分鐘。對(duì)采集的主動(dòng)源面波數(shù)據(jù)和被動(dòng)源面波數(shù)據(jù)分別進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理、多道數(shù)據(jù)相關(guān)分析、數(shù)據(jù)疊加和計(jì)算頻散譜，并提取的頻散曲線和反演橫波速度。將多源面波勘探得到的視橫波速度與高密度電阻率法反演結(jié)果進(jìn)行對(duì)比(如圖3)。

如圖3c分別為被動(dòng)源面波頻散譜、主動(dòng)源面波頻散譜和多源面波融合后得到的頻散譜，可見(jiàn)經(jīng)過(guò)主動(dòng)源面波數(shù)據(jù)疊加，被動(dòng)源面波數(shù)據(jù)的頻散譜更加收斂，且有效壓制了空間雜頻和多次波數(shù)據(jù)，從而有助于拾取更加精準(zhǔn)的頻散曲線，頻帶范圍亦得到擴(kuò)展。由圖3b和圖3d可見(jiàn)，多源面波勘探結(jié)果與高密度電阻率法反演結(jié)果能夠較好對(duì)應(yīng)，兩種方法分別反映了橫波速度和電阻率參數(shù)對(duì)塌陷區(qū)地層結(jié)構(gòu)的表征能力。結(jié)合鉆孔資料進(jìn)行對(duì)比分析，可見(jiàn)電阻率和橫波速度參數(shù)均能較好實(shí)現(xiàn)巖土體界面分層，尤其多源面波勘探似乎對(duì)基巖頂界面巖溶發(fā)育情況更靈敏，而高密度電阻率法反演基巖頂界面僅表現(xiàn)為電阻梯度帶，尤其在測(cè)線兩端垂向分辨率降低較明顯；而對(duì)于淺部進(jìn)入砂層中的粘土體，高密度電阻率法顯示出更強(qiáng)的識(shí)別效果。

3.3 地面核磁共振方法

地面核磁共振測(cè)深測(cè)點(diǎn)布設(shè)于12號(hào)塌陷坑附近，采用2匝“方型”線圈進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，邊長(zhǎng)為50 m，采用FID脈沖序列，脈沖時(shí)長(zhǎng)20 ms，疊加次數(shù)為16次；并布設(shè)2個(gè)參考線圈來(lái)壓制噪聲，參考線圈布設(shè)于居民區(qū)和高速公路等干擾源附近。圖4a為地面核磁共振采集的原始數(shù)據(jù)(藍(lán)色)，以及經(jīng)過(guò)參考線圈自適應(yīng)去噪后的磁共振信號(hào)(紅色)，可見(jiàn)地面核磁共振信號(hào)受周邊環(huán)境噪聲影響嚴(yán)重，甚至可能淹沒(méi)在干擾中，利用參考線圈能夠有效壓制噪聲信號(hào)。使用高密度電阻率法獲取的區(qū)內(nèi)電性結(jié)構(gòu)特征，代入地面核磁共振核函數(shù)計(jì)算中，并進(jìn)行采用多指數(shù)擬合反演，結(jié)合線圈邊長(zhǎng)設(shè)置反演深度為80 m，反演層數(shù)為40層，得到地面核磁共振測(cè)深反演結(jié)果(如圖4b)。

圖3 高密度電阻率法與多源面波勘探成果對(duì)比圖

4 討論

三維高密度電阻率法不僅顯示更加形象立體，而且對(duì)塌陷坑等小型三維地質(zhì)體表現(xiàn)出更強(qiáng)的分辨能力，其在發(fā)射-接收的維度和數(shù)據(jù)量上均有提升，且更符合實(shí)際地質(zhì)情況，但探測(cè)效率較低、施工難度相對(duì)較大，受電極電纜道數(shù)和數(shù)據(jù)處理能力的限制，難以實(shí)現(xiàn)大區(qū)域探測(cè)。同時(shí)，海量數(shù)據(jù)反演也對(duì)三維電阻率反演算法提出了更高要求。因此，在巖溶探測(cè)時(shí)，可根據(jù)實(shí)際條件，選用真三維和擬三維探測(cè)，對(duì)于高精細(xì)度小型三維地質(zhì)體探測(cè)可采用本文介紹的真三維高密度電阻率法探測(cè)，而對(duì)于較大型巖溶體，可采用多條平行測(cè)線組合的“二維采集三維反演”的擬三維高密度電阻率法進(jìn)行折中。多源面波勘探技術(shù)兼具主動(dòng)源和被動(dòng)源面波勘探的優(yōu)點(diǎn)，提升了頻散曲線提取的可靠性，彌補(bǔ)了主動(dòng)源面波探測(cè)深度淺、被動(dòng)源高頻分辨率低的缺點(diǎn)。通過(guò)對(duì)比多源面波勘探和高密度電阻率法探測(cè)結(jié)果，可見(jiàn)多源面波勘探對(duì)巖土界面的探測(cè)效果更好，但對(duì)于覆蓋層內(nèi)部粘土體的識(shí)別能力相對(duì)高密度電阻率法較差。地面核磁共振測(cè)深方法直接對(duì)地下水作用，可用于劃定地下含水層，確定含水層頂?shù)装迓裆?，并量化含水量，同時(shí)，弛豫時(shí)間參數(shù)反映了地下含水層孔隙度大小，因此，對(duì)含水介質(zhì)的類型和巖溶發(fā)育及充填情況等也具有一定的指示作用。但在城市開(kāi)展地面核磁共振方法應(yīng)用時(shí)，需嚴(yán)格關(guān)注周邊電磁噪聲水平，于噪聲源附近敷設(shè)多個(gè)參考線圈，并多次疊加以獲取較高信噪比數(shù)據(jù)。綜合三種地球物理方法，分別從土層精細(xì)結(jié)構(gòu)、巖體特征和含水層結(jié)構(gòu)及含水量等方面對(duì)巖溶地面塌陷體實(shí)現(xiàn)了三維聯(lián)合探測(cè)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)巖溶塌陷結(jié)構(gòu)及機(jī)理研究中重點(diǎn)關(guān)注的巖-土-水三要素地質(zhì)特征的獲取，從而為巖溶地面塌陷勘查及防治提供了一套有效的綜合探測(cè)技術(shù)方法。

圖4 地面核磁共振測(cè)深探測(cè)結(jié)果

5 結(jié)論

武漢市的地質(zhì)環(huán)境特征為巖溶地面塌陷的形成和發(fā)展提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，自然與人為因素的疊加作用于巖土水導(dǎo)致了地面塌陷的發(fā)生。覆蓋層厚度與結(jié)構(gòu)、巖溶發(fā)育程度和地下水作用是巖溶地面塌陷的原生地質(zhì)條件，也是隱伏巖溶區(qū)地下空間探測(cè)的主要地質(zhì)要素。通過(guò)對(duì)三維高密度電阻率法、多源面波勘探和地面核磁共振測(cè)深等地球物理方法開(kāi)展的實(shí)例探索研究，實(shí)現(xiàn)了對(duì)巖溶地面塌陷地質(zhì)要素的精細(xì)探測(cè)，并取得了以下認(rèn)識(shí)：

(1)三維高密度電阻率法探測(cè)結(jié)果更直觀、可靠，能夠圈定塌陷體邊界，探測(cè)土層內(nèi)部擾動(dòng)。

(2)多源面波勘探兼具主被動(dòng)源面波探測(cè)優(yōu)點(diǎn)，適用于巖溶發(fā)育程度和巖土界面探測(cè)，以及覆蓋層厚度和結(jié)構(gòu)分層。

(3)地面核磁共振測(cè)深尤其對(duì)地下水敏感，可輔助劃定含水層頂?shù)装?，查明含水層富水性特征，并?duì)含水層孔隙度大小提供參考。

致謝：感謝匿名審稿專家對(duì)論文提出的寶貴修改意見(jiàn)！