淺談物探在地質(zhì)災(zāi)害勘察中的利用

沈建鴻

（廣東省核工業(yè)地質(zhì)局二九二大隊(duì)，廣東 河源517000）

1 概述

從2003年汶川地震開(kāi)始，我國(guó)地質(zhì)災(zāi)害持續(xù)備受關(guān)注，唐山地震、舟曲泥石流，不斷告誡著人們，地質(zhì)災(zāi)害一直都在我們身邊，如若防御不及時(shí)，隨時(shí)可能引來(lái)重大災(zāi)害。物探作為最重要的勘察手段之一，在防災(zāi)、減災(zāi)、治理中起著至關(guān)重要的作用。用物探方法研究或勘查地質(zhì)體或地質(zhì)構(gòu)造，即可做到了解對(duì)象的結(jié)構(gòu)、規(guī)模等，也能分析對(duì)象的穩(wěn)定性，最后提出合理的建議。特別是高密度電法、淺層地震波的靈活運(yùn)用，可為工程建設(shè)，地災(zāi)治理方面起著至關(guān)重要的作用。

2 高密度電法的應(yīng)用

高密度電阻率法[2]也叫自動(dòng)電阻率法，是直流電法，它的功能就是于四極測(cè)深和電剖面法相結(jié)合。根據(jù)前人的經(jīng)驗(yàn)，高密度電法是最為有效、合理的物探勘察方法，它能對(duì)地下的不良地質(zhì)體（采空區(qū)、溶洞、地下水、斷裂破碎構(gòu)造帶）進(jìn)行探測(cè)，并成圖。高密度電法是目前采空區(qū)、巖溶地區(qū)最普遍、有效的探測(cè)方法，它具有精度高、效果顯著、效果好等特點(diǎn)，可以有效對(duì)這些地區(qū)規(guī)模、形態(tài)、位置進(jìn)行探測(cè)，得出剖面能體現(xiàn)出較多信息。

高密度電法數(shù)據(jù)采集多使用的儀器為重慶地質(zhì)儀器廠生產(chǎn)的DUK-2A（DZD-6A）一體電法測(cè)量系統(tǒng)和終端選址開(kāi)關(guān)電極及專用電纜設(shè)備。野外施工一般采用60～120個(gè)電極組合的溫納裝置進(jìn)行測(cè)量，點(diǎn)距1～5m，排列長(zhǎng)度60～600m（根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況而定）。野外測(cè)量數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)進(jìn)行處理，對(duì)異常點(diǎn)及突變點(diǎn)進(jìn)行重復(fù)觀測(cè)，以確保野外測(cè)量數(shù)據(jù)真實(shí)、可靠。資料處理首先將數(shù)據(jù)回放到計(jì)算機(jī)中，高密度電法資料處理是將儀器測(cè)量結(jié)果通過(guò)傳輸軟件傳輸?shù)诫娔X中，進(jìn)行壞點(diǎn)刪除、地形校正、格式轉(zhuǎn)換，然后應(yīng)用高密度電法反演軟件（RES2DINV）對(duì)原始資料進(jìn)行計(jì)算、分析、處理，最后進(jìn)行地質(zhì)解釋。野外物探測(cè)線按設(shè)計(jì)布置的起止點(diǎn)，用GPS現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地放點(diǎn)，在施測(cè)時(shí)，用皮尺丈量確定測(cè)點(diǎn)點(diǎn)位。工作之前對(duì)儀器及電纜進(jìn)行全面檢查，保證儀器正常，電纜內(nèi)無(wú)壞道。每個(gè)臺(tái)班至少有一名工程師級(jí)以上的在職技術(shù)人員在場(chǎng)指揮施工，親自操作儀器并做好記錄。每天的野外工作完成后，及時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步解釋，繪制出初步解釋的物探解釋斷面圖，同時(shí)對(duì)各個(gè)原始記錄進(jìn)行評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)不符合要求的原始記錄要查明原因，并進(jìn)行返工重測(cè)。野外施工和室內(nèi)資料處理，嚴(yán)格按有關(guān)規(guī)程、規(guī)范執(zhí)行。為了檢查高密度電法測(cè)量工作精度，需對(duì)工作量的30%做重復(fù)檢驗(yàn)，確保資料數(shù)據(jù)的合規(guī)性。高密度電法資料處理是將儀器測(cè)量結(jié)果通過(guò)傳輸軟件傳輸?shù)诫娔X中，進(jìn)行壞點(diǎn)刪除、地形校正、格式轉(zhuǎn)換，然后將數(shù)據(jù)導(dǎo)入Surfer軟件，做視電阻率等值線圖。在等值線圖上根據(jù)視電阻率的變化特征結(jié)合已有地質(zhì)資料做地質(zhì)解釋，并繪制出物探成果解釋圖。

由于高密度電法是一種體積探測(cè)方法，即每個(gè)探測(cè)點(diǎn)所測(cè)得的視電阻率值反映的是以測(cè)點(diǎn)為中心一定范圍土巖層隨深度變化的加權(quán)平均效應(yīng)，對(duì)應(yīng)解釋到的土洞的物探異常位置，其實(shí)際位置可能會(huì)有所偏差，即物探解釋的低阻異常往往要比實(shí)際的規(guī)模要大。

3 淺層地震波法的應(yīng)用

勘探中人們習(xí)慣把200～300m深度的勘探，稱為淺層勘探。淺層地震波法又分為淺層地震波折射、淺層地震波反射等方式，利用了導(dǎo)向波在不同的介質(zhì)中，速率不一樣的特點(diǎn)，在儀器接收到反饋后，通過(guò)數(shù)據(jù)處理形成剖面圖，在圖中表現(xiàn)出導(dǎo)向波經(jīng)過(guò)的斷層、斷距、破碎帶等數(shù)據(jù)，是一種工期短、精度準(zhǔn)、成本低和應(yīng)用面廣的物探勘察方法。

淺層地震反射波法勘探常用美國(guó)EG＆G公司生產(chǎn)的R24二十四道地震儀[3]。該儀器一般采用12道，3～5次覆蓋，叩板法錘擊震源，道間距1～5m，偏移距10～20m較為易算，在野外采集數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)注意結(jié)合GPS的定位系統(tǒng)，每道檢波器以及儀器的正常，返回的波形必須層位清晰，在收集到地震波形后一般采用美國(guó)《Eavesdropper》系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)。在處理過(guò)程中，應(yīng)注意連續(xù)完整的巖層必須波形相似、周期相同才能反映巖層的起伏；由于地震波會(huì)受到散射、繞射的影響，在構(gòu)造破碎帶、巖溶發(fā)育部位會(huì)顯得比較凌亂，不連續(xù)。最后根據(jù)測(cè)量、處理過(guò)的數(shù)據(jù)形成雷達(dá)時(shí)間剖面圖，在異常處通過(guò)加密、反復(fù)測(cè)量，爭(zhēng)取做到勘探的準(zhǔn)確性。

在實(shí)際勘探中，充分利用多種物探方法，結(jié)合多個(gè)剖面成果圖，能更完整有效地對(duì)勘察體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、破碎帶等因素進(jìn)行還原，有效地幫助勘察做得更準(zhǔn)確。

4 電阻率法和地震波法的綜合利用

在一些治理環(huán)境中，無(wú)法用支護(hù)工程達(dá)到穩(wěn)定，需要搬去較多土石方，這時(shí)候合理地利用電阻率法和地震波法結(jié)合鉆探成果，也能預(yù)估出土石方的數(shù)量，對(duì)前期的預(yù)概算、效益對(duì)比也能有很大幫助。例如粵北某景區(qū)呈葫蘆狀，一條街道有較多商住戶，里面為景區(qū)，雨季期間，發(fā)生了位移監(jiān)測(cè)預(yù)警，考慮諸多因素后決定實(shí)施工程治理，搬去多余土石方，確保下方城鎮(zhèn)安全。經(jīng)過(guò)篩選，擬采用電阻率法和地震反射波法進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、處理、繪圖預(yù)估出土巖層分界線，通過(guò)公式估算出土石方分別多少。

該景區(qū)地貌為丘陵，地勢(shì)總體南西高北東低。山坡由殘積土和花崗斑巖風(fēng)化土層組成，植被較發(fā)育。治理區(qū)內(nèi)地質(zhì)活動(dòng)較弱，區(qū)內(nèi)及周邊主要出露為燕山第三期花崗斑巖[γ53(2)a]，斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要成分為長(zhǎng)石、石英。巖石風(fēng)化強(qiáng)烈，風(fēng)化裂隙較發(fā)育，風(fēng)化程度不均勻。經(jīng)物探勘察結(jié)合鉆探資料，勘察區(qū)地層主要由第四系覆蓋層和下伏基巖組成，分為：第四系覆蓋層，下伏基巖主要為中粗粒花崗巖，根據(jù)其風(fēng)化程度可分為全、強(qiáng)、中、微風(fēng)化層等。幾種巖的縱波波速、電阻率，顏色各不相同，根據(jù)其特性區(qū)分可挖性。第四系土層：主要為坡殘積成因砂質(zhì)粘性土，大部呈硬塑狀，含碎塊石，需刨松或鎬挖方可用鏟裝載，可挖性為Ⅱ-Ⅲ級(jí)，用挖掘機(jī)可開(kāi)挖裝載；全風(fēng)化粗?；◢弾r：大部呈土狀，硬塑狀，含少量風(fēng)化巖塊，需刨松或鎬挖方可用鏟裝載，可挖性為Ⅱ-Ⅲ級(jí)，用挖掘機(jī)可開(kāi)挖裝載；物探勘察把該層歸入第四系土層中；強(qiáng)風(fēng)化粗?；◢弾r：呈半巖半土層，含風(fēng)化巖塊，大部用鎬挖松后可用鏟裝載，少部分需用爆破方式炸松后開(kāi)挖裝載，可挖性為Ⅳ級(jí)，大部可用挖掘機(jī)開(kāi)挖裝載；物探勘察把該層土、石方量計(jì)算把該層劃入到土層方量中；中—微風(fēng)化粗粒花崗巖：為堅(jiān)硬巖，為次堅(jiān)石或堅(jiān)巖，巖質(zhì)致密、堅(jiān)硬，只能采用爆破方式開(kāi)挖，用鎬和挖掘機(jī)均無(wú)法開(kāi)挖，可挖性等級(jí)為Ⅴ-Ⅶ級(jí)。風(fēng)化球（孤石）：為中—微風(fēng)化粗?；◢弾r，為堅(jiān)硬巖，為次堅(jiān)石或堅(jiān)巖，用鎬和挖掘機(jī)均無(wú)法開(kāi)挖，可挖性等級(jí)為Ⅴ級(jí)。土層中風(fēng)化球直徑較大時(shí)無(wú)法直接用挖掘機(jī)開(kāi)挖搬運(yùn)，應(yīng)歸入石方中計(jì)算。最后利用公式計(jì)算，可計(jì)算出土方量、巖方量占比和數(shù)量，從而初步確定預(yù)估算，需要注意的是，計(jì)算時(shí)用到的高程為設(shè)計(jì)圖測(cè)量給出的高程，實(shí)際高程以測(cè)量結(jié)果為準(zhǔn)。這種方式計(jì)算因?yàn)槭且院笊街苓吢访孢吘€為起算邊界，而后山周邊路面邊線不是直線，局部為不規(guī)則的弧線，其計(jì)算結(jié)果可能與實(shí)際會(huì)有稍許出入。在最后出結(jié)論時(shí)需要對(duì)產(chǎn)生誤差的原因、范圍做出解釋。

5 結(jié)束語(yǔ)

物探是一門(mén)非常實(shí)用的勘察方式，也是非常復(fù)雜的，在測(cè)量的同時(shí)也要考慮周?chē)h(huán)境因素所造成的干擾，在處理數(shù)據(jù)時(shí)，也要參照地質(zhì)因素，最后結(jié)合鉆探成果，才能做出結(jié)論。在地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)的今天，在勘察中能有效地利用物探的優(yōu)勢(shì)，就能在防災(zāi)減災(zāi)、工程治理中占據(jù)主導(dǎo)地位。