綜合物探方法在地面塌陷探測中的應(yīng)用研究

吳燦燦，楊 光

（1.宿州學(xué)院資源與土木工程學(xué)院，安徽宿州234000；2.安徽省煤礦勘探工程技術(shù)研究中心，安徽宿州234000；3.江蘇省地質(zhì)勘查技術(shù)院，南京210000）

0 引言

地面塌陷是一種地表淺層巖土體向下塌落形成塌陷坑的地質(zhì)現(xiàn)象，可在松散土層、基巖或兩者共同發(fā)育的地方發(fā)生，是一種破壞性較強(qiáng)的地質(zhì)災(zāi)害[1-3]。能夠威脅到城鎮(zhèn)建筑的安全，以及損壞公路、鐵路、水庫等工程設(shè)施，給人民的生活帶來較大影響。因此，為了減小或避免路面塌陷所帶來的破壞，需要對其進(jìn)行探測研究，從而掌握地面塌陷的分布規(guī)律以及發(fā)展趨勢，為災(zāi)害防治提供一定的科學(xué)依據(jù)。

近年來，對于地面塌陷探測的研究很多，探測方法也一直在發(fā)展，從直觀但工作量繁瑣的鉆探方法到方便快捷的地球物理探測方法[4-7]。在地面塌陷探測中大多都采用單一的地球物理探測方法，如高密度電法、探地雷達(dá)法、地震映像法等。然而單一的地球物理探測方法具有一定的主關(guān)性，容易出現(xiàn)多解現(xiàn)象，在解決勘探問題時(shí)存在弊端?；诖耍梢赃m當(dāng)選取多種地球物理探測方法進(jìn)行相互配合驗(yàn)證，增強(qiáng)探測結(jié)果解釋的準(zhǔn)確性[8-10]。綜合考慮物探方法的優(yōu)缺點(diǎn)、地面塌陷的特性、工作的復(fù)雜程度等因素，本文優(yōu)選出地質(zhì)雷達(dá)和地震映像兩種探測方法，對地面塌陷進(jìn)行了實(shí)際探測應(yīng)用研究。

1 方法原理

1.1 地震映像

地震映像法是基于常規(guī)地震反射波法中的最佳偏移距技術(shù)發(fā)展起來的一種淺層地震勘探方法[4,6,11]。通過選擇合適的偏移距來突出有效波壓制干擾波（在地震映像技術(shù)操作中多采用小偏移距或等偏移距），激發(fā)點(diǎn)與接收點(diǎn)間的距離保持不變，震源每激發(fā)一次，檢波器記錄一道，沿測線不斷移動激發(fā)點(diǎn)及接收點(diǎn)，可獲得一條最佳偏移距地震反射時(shí)間剖面，然后通過計(jì)算機(jī)對地震反射時(shí)間剖面進(jìn)行數(shù)據(jù)處理解釋,可獲得地層界面的深度。具有探測深度大、抗干擾能力強(qiáng)、施工簡便、剖面顯示直觀等優(yōu)點(diǎn)。工作原理如圖1所示。

圖1 地震映像工作原理、單道波形圖以及成果圖

1.2 地質(zhì)雷達(dá)

地質(zhì)雷達(dá)是通過發(fā)射天線發(fā)射高頻電磁波，接收天線接收電性差異大的介質(zhì)反射的波。對接收的電磁波進(jìn)行分析處理，依據(jù)波形、強(qiáng)度、幾何形態(tài)等因素，來確定地下目標(biāo)體的性質(zhì)和狀態(tài)。具有探測速度快、采集數(shù)據(jù)量大、定位準(zhǔn)確、操作靈活、勘探精度高、可實(shí)現(xiàn)連續(xù)透視掃描以及二維彩色圖像實(shí)時(shí)顯示等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)[12]。

探測區(qū)域位于某市柳州東路，現(xiàn)場發(fā)生較嚴(yán)重的路面塌陷，地表可見沉降裂縫，存在較大安全隱患。為詳細(xì)準(zhǔn)確查明其原因，運(yùn)用了地質(zhì)雷達(dá)和地震映像方法進(jìn)行了探測研究。

地質(zhì)雷達(dá)方法采用了美國SIR-30E型地質(zhì)雷達(dá)及其100MHz屏蔽天線探測。觀測方式采用沿點(diǎn)測，疊加次數(shù)為120次。地震映像法采用美國GEODE二十四道地震儀，國產(chǎn)CDJ-Z38型檢波器。具有探測參數(shù)為：叩板法錘擊震源，1道檢波器，偏移距：2m，炮點(diǎn)距：0.5m，記錄長度：200ms，采樣周期：125ns。

根據(jù)塌陷區(qū)位置和場地條件，共布置9條地震映像測線，測線編號為L1～L9，L1～L7為東西向測線，測線均以最東端為起點(diǎn)（0m）、最西端為終點(diǎn)（30m），其中L3、L4緊鄰綠化帶布設(shè)。L8～L9為南北向測線，測線均以最南端為起點(diǎn)（0m）、最北端為終點(diǎn)（24m），其中L8緊鄰路面塌陷邊緣布設(shè)（起點(diǎn)位于中央綠化帶邊緣）；13條地質(zhì)雷達(dá)測線，地質(zhì)雷達(dá)測線編號為L1～L5、L6-1、L6-2、L7～L9、L8-1、L11、L12；其中L1～L5、L7～L9為地震映像和地質(zhì)雷達(dá)重合測線，L6為單獨(dú)地震映像測線，L6-1、L6-2、L8-1、L11、L12為單獨(dú)地質(zhì)雷達(dá)測線。具體測線布置見圖2。

圖2 地質(zhì)雷達(dá)及地震映像測線布置示意圖

2.2 地震映像探測結(jié)果

L1、L2、L3為東西向測線，測線位于綠化帶外緣（慢車道內(nèi)）。圖3為地震映像測線L1、L2、L3探測成果，L1、L2測線相距 1.6m，L2、L3測線相距1.0m，長度均為30m，點(diǎn)距0.5m；方形區(qū)域地震波形同相軸下凹、或局部錯斷，應(yīng)為泥沙擾動區(qū)；橢圓形所圈范圍地震同相軸彎曲，推測為泥沙流失，甚至局部脫空引起的異常。

圖3 地震映像測線L1、L2、L3探測成果

L4、L5、L6、L7為東西向測線，測線位于綠化帶內(nèi)緣（柳州東路快車道內(nèi)），圖4為地震映像測線L4、L5、L6、L7探測成果，圖中方形區(qū)域推測為泥沙擾動區(qū)；橢圓形區(qū)域?yàn)槟嗌沉魇В踔辆植棵摽找鸬漠惓?。這4條測線尾端淺部均出現(xiàn)異常，推測為路基與墊板交接位置回填不均所導(dǎo)致。

圖5為地震映像測線L8、L9探測成果，由于地下存在雨污管線等，對于錘擊震源激發(fā)的彈性波能量的傳播與接收帶來了一定的干擾，但依然能見泥沙擾動和泥沙流失甚至局部脫空引起的異常，分別見圖中所圈的位置。

2.3 地質(zhì)雷達(dá)探測結(jié)果

本次探測采用的是100Mhz屏蔽天線，探測深度較淺，最大探測深度約5～10m。地質(zhì)雷達(dá)波形圖左側(cè)坐標(biāo)為通過雷達(dá)波雙程走時(shí)計(jì)算出的深度。

圖4 地震映像測線L4、L5、L6、L7探測成果

圖5 地震映像測線L8、L9探測成果

圖6為L1～L4探測成果，所圈黑色區(qū)域推測為富水松散區(qū)，L2尾部的富水松散區(qū)下方為電力干擾區(qū)。圖7為地質(zhì)雷達(dá)屏蔽天線所測L5、L6-1探測成果，可以看出L5、L6-1測線地下3米左右均有一定電力干擾。在測線前段地下1～2m處有較強(qiáng)多次反射干擾（L6-1方框所圈位置），推測為鋼筋結(jié)構(gòu)形成的板狀異常體。

圖6 地質(zhì)雷達(dá)測線L1～L4探測成果

2.4 探測成果

本次通過地震映像和地質(zhì)雷達(dá)兩種探測方法，圈出了泥沙擾動區(qū)和泥沙流失區(qū)，為后期加固處理，提供了地球物理依據(jù)，其成果平面圖見圖8。

3 結(jié)論

通過對柳州東路路面塌陷進(jìn)行探測，得出以下結(jié)論與建議：

1)通過選用地質(zhì)雷達(dá)、地震映像兩種物探方法進(jìn)行綜合勘察，對異常區(qū)的判定取得了較好效果。

2)在本次探測中，地質(zhì)雷達(dá)受到電力線干擾較大，只在淺部富水松散區(qū)反映較好。

圖7 地質(zhì)雷達(dá)測線L5、L6-1探測成果

圖8 探測成果平面圖

3)根據(jù)地震映像與地質(zhì)雷達(dá)探測成果，圈出了泥沙流失區(qū)、泥沙擾動區(qū)、及富水松散區(qū)。對于泥沙流失區(qū)，建議及時(shí)采取加固處理措施，以免泥沙流失區(qū)范圍擴(kuò)大，引起更大面積的地面塌陷。