地微動探測技術(shù)在山體滑坡勘查中的應(yīng)用

馮 寧

（山東省地礦工程集團有限公司，山東 濟南 250011）

0 引言

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，我國的山體治理面積不斷擴大。但頻發(fā)的各類地質(zhì)災(zāi)害，也在一定程度上制約國家建設(shè)的發(fā)展。如何準(zhǔn)確地對地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行預(yù)測和防治，成為事關(guān)民生的重要課題。地震勘探技術(shù)能夠獲取地下巖土體結(jié)構(gòu)的一維、二維或三維的波速度剖面，從而對場地效應(yīng)進(jìn)行評價，在很大程度上減輕了地質(zhì)災(zāi)害災(zāi)害帶來的損害。該文以山體滑坡災(zāi)后的應(yīng)急勘查工程為例，采用地微動探測技術(shù)查明地層結(jié)構(gòu)和巖性界限，為進(jìn)一步確定滑坡體范圍提供依據(jù)，以期為山體滑坡治理提供參考。

1 微動勘探方法

微動是指地球表層的微弱震動。微動探測技術(shù)是指利用背景噪聲或者微震對地層結(jié)構(gòu)進(jìn)行探測的地質(zhì)勘查手段。根據(jù)理論的不同，微動探測方法也有相應(yīng)的區(qū)分。例如H/V 單點譜比法和天然源面波勘探法。前者首先獲取某個測點的微動水平分量與豎向分量，然后計算傅里葉振幅譜比值，從而簡略地對勘測區(qū)的場地進(jìn)行估計；后者的基本依據(jù)是在層狀介質(zhì)中，由天然震源產(chǎn)生的瑞利面波所具備的頻散特性，其主要的應(yīng)用方法是空間自相關(guān)法，經(jīng)過技術(shù)的發(fā)展，逐漸被擴展的空間自相關(guān)法所取代[1]。

由于天然源面波法具有較高的分辨率，不僅能夠準(zhǔn)確地探測地下水和土層巖性發(fā)生變化的分界層，還能夠以排列范圍為依據(jù)，確定地層的探測深度，而H/V 單點譜比法的探測深度具有局限性且無法確定所探測的具體深度[2]。因此，本次勘查選擇天然源面波法作為地質(zhì)勘探手段。

2 項目概況

2.1 工作區(qū)概況

工作區(qū)及周邊地表自下而上出露的地層如下：1）饅頭組，巖性為淺海相的灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r和紫紅色粉砂巖，夾雜著少量的生物碎屑灰?guī)r透鏡體。2）張夏組，巖性以灰色厚層鮞狀灰?guī)r、豹斑灰?guī)r、結(jié)晶灰?guī)r為主。3）崮山組，巖性以灰色薄層竹葉狀灰?guī)r和黃綠色頁巖夾灰?guī)r透鏡體互層為主。4）炒米店組，巖性以竹葉狀灰?guī)r和渦卷狀迭層石石灰?guī)r為主。5）三山子組，巖性以白云巖、含燧石結(jié)核白云巖為主。6）東黃山組，巖性以灰色白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖為主，夾雜少量的角礫狀白云。7）北庵莊組，巖性以灰?guī)r為主，夾雜少量白云巖。

2.2 觀測儀器設(shè)備和技術(shù)參數(shù)

現(xiàn)階段，國內(nèi)外的相關(guān)研究在進(jìn)行微動面波勘探時，多采用節(jié)點式地震儀。其中，SmartSolo 系列高保真高靈敏度節(jié)點式地震儀IGU-16HR 應(yīng)用廣泛，該儀器具備DTSOLO 系列地震傳感器，靈敏度高，在單點接收方面的優(yōu)勢突出，得到勘探行業(yè)共同的認(rèn)可。

在進(jìn)行微動面波外業(yè)數(shù)據(jù)采集的過程中，首先要根據(jù)任務(wù)要求，對不同的探測區(qū)和震源環(huán)境進(jìn)行有效性試驗，從而確定臺陣布設(shè)方式、排列間距、觀測時長等關(guān)鍵參數(shù)[3]。本次微動數(shù)據(jù)采集采用30 min 觀測時長、3 m道間距的線型臺陣。

2.3 地球物理特征

在巖性波速特征方面，灰?guī)r的橫波速度為0.8km/s~1.6km/s。其中，風(fēng)化、破碎灰?guī)r的橫波速度一般為0.8km/s~1.1km/s；未風(fēng)化、完整灰?guī)r的橫波速度一般為1.2km/s~1.6km/s，二者速度差異接近500m/s。受斷裂構(gòu)造的影響，當(dāng)巖石處于不完整狀態(tài)時，通常會表現(xiàn)為低波速場特征。因此，可以根據(jù)等值線的變化，對地質(zhì)情況進(jìn)行劃分[4]。

2.4 物探剖面布置

本次地面物探工作采用微動探測方法，共計實測微動測線3條，編號為1-1'線、2-2'線和3-3'線，以垂直滑坡面的方向進(jìn)行布置，控制剖面長度為957 m，點距3 m，完成物理點322 點。其中，1-1'線長度為270 m，2-2'線長度360 m，3-3＇線長度327 m。

3 數(shù)據(jù)處理

微動單點探測數(shù)據(jù)處理過程可分為3 個部分：1）從時序數(shù)據(jù)中提取瑞雷波，獲得其相速度頻散曲線。2）對頻散曲線進(jìn)行反演獲得地下橫波速度結(jié)構(gòu)。3）結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)背景對橫波速度結(jié)構(gòu)進(jìn)行地質(zhì)解釋。

微動剖面探測數(shù)據(jù)處理過程可分為4 個部分：1）采用剖面臺陣布置方式采集微動信號。2）從各測點記錄中提取瑞雷波頻散曲線，然后繪制相速度等值線圖。3）計算視S波速度，然后進(jìn)行插值光滑計算。4）獲得二維視S 波速度剖面，進(jìn)而直觀地反映地層變化。二維視S 波速度剖面也是地質(zhì)解釋的基本依據(jù)。

4 物探解譯

在進(jìn)行物探解譯的過程中，視橫波速度斷面圖是主要的定性圖件。由于地質(zhì)體會受到作用力破碎、泥質(zhì)充填、充水地帶等方面的影響，會導(dǎo)致視橫波速度斷面圖上出現(xiàn)定向延深的低速帶或等值線梯級帶、等值線呈“U”字型或“V”字型低速區(qū)等現(xiàn)象[5]。

4.1 1-1'線物探測量

1-1'線以南東方向垂直滑坡面布置，長度270 m。根據(jù)地質(zhì)資料和野外調(diào)查結(jié)果，探測區(qū)出露的巖性符合北庵莊組的特點，具有中厚層灰?guī)r夾蟲跡、云斑灰?guī)r和薄層白云巖。如圖1 所示，1-1＇線剖面視橫波波速斷面圖橫向45m 以前穿過建筑工地，巖石沒有出露。斷面圖橫向48 m~123 m，高程位置為165 m~200 m，視橫波波速在1000 m/s 以下，表現(xiàn)為低速傳播。根據(jù)灰?guī)r中橫波波速物性特征，這段距離的巖性表現(xiàn)為破碎，推測其為滑坡體。其滑動面及軟弱結(jié)構(gòu)帶位置如圖1 所示。在斷面圖橫向上230 m 以后，出現(xiàn)波速等值線由密到疏的變化，推測為斷裂反映。

圖1 1-1＇線微動測量視橫波速度綜合斷面圖

4.2 2-2'線物探測量

2-2'線以南東方向垂直滑坡面布置，長度360 m。根據(jù)地質(zhì)資料和野外調(diào)查結(jié)果，探測區(qū)出露的巖性符合北庵莊組的特點，具有中厚層灰?guī)r夾蟲跡、云斑灰?guī)r及薄層白云巖。如圖2 所示，在2-2＇線剖面視橫波波速斷面圖橫向上60 m 以前，恰好穿過探測區(qū)建筑工地，巖石沒有出露。斷面圖橫向42 m~-147 m，高程位置是162 m~216 m，視橫波波速在1000 m/s 以下，表現(xiàn)為低速傳播。根據(jù)灰?guī)r中橫波波速物性特征，這段距離的巖性表現(xiàn)為破碎，推測其為滑坡體。其滑動面及軟弱結(jié)構(gòu)帶位置如圖2 所示。在斷面圖橫向240 m 以后，出現(xiàn)波速等值線由密到疏變化，推測為斷裂反映。

圖2 2-2＇線微動測量視橫波速度綜合斷面圖

4.3 3-3＇線物探測量

3-3＇線以南東方向垂直滑坡面布置，長度327 m。如圖3 所示，3-3＇線剖面視橫波波速斷面圖橫向上24 m~126m，高程位置為162 m~206 m。視橫波波速在1000 m/s 以下，表現(xiàn)為低速傳播，根據(jù)灰?guī)r中橫波波速物性特征，這段距離的巖性表現(xiàn)為破碎，推測其為滑坡體。其滑動面及軟弱結(jié)構(gòu)帶位置如圖3 所示。在斷面圖橫向210 m 以后，波速等值線由密到疏變化，推測為斷裂反映。

圖3 3-3＇線微動測量視橫波速度綜合斷面圖

5 結(jié)論

地微動探測技術(shù)以天然源微動為基礎(chǔ)，具有分辨率高、抗干擾能力強的技術(shù)優(yōu)勢，能夠在山體滑坡災(zāi)害的預(yù)測與防治過程中發(fā)揮巨大的作用。該文結(jié)合山體滑坡災(zāi)后的應(yīng)急勘查工程，探討了地微動技術(shù)在滑坡勘查中的應(yīng)用。結(jié)果表明以下3 點：1）工作區(qū)大部分可見基巖出露，巖性為北庵莊組灰?guī)r。2）根據(jù)微動測量結(jié)果，剖面顯示低波速區(qū)與現(xiàn)場滑坡情況較吻合，探測區(qū)軟弱結(jié)構(gòu)帶在微動剖面上的位置為1-1'線123 m、2-2'線150 m、3-3'線126 m 處的低波速區(qū)。3）根據(jù)微動測量測量結(jié)果，推測工作區(qū)存在斷裂1條，編號為F1，在微動剖面上的位置為1-1'線230m~270m、2-2＇線240m~360m、3-3＇線210m~312m處的低波速區(qū)。

該文探測結(jié)果與鉆探結(jié)果較為吻合，說明地微動探測技術(shù)是一種適用于滑坡體地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查的物探技術(shù)，技術(shù)優(yōu)勢顯著。在研究時，建議在物探異常的地方設(shè)置一定數(shù)量的鉆孔，從而進(jìn)一步檢驗物探測量的準(zhǔn)確性，以便于后續(xù)工作的順利開展。