淺層地震及高密度電法在城市地質(zhì)中的應用

趙立波，楊吉武，黃書華

（廣東省地質(zhì)調(diào)查院，廣東廣州 510000）

橫波反射波法屬于地震勘探反射波法的一種，由于它較縱波反射波法具有更高的淺部分辨率。因此，近年來城市地質(zhì)調(diào)查中地球物理勘探采用橫波反射波法對第四紀層位的劃分、確定隱伏斷裂可能存在的位置以及基巖起伏面的變化應用較多，并取得較好的勘探效果[1-7]。高密度電法在水利水電工程、環(huán)境工程地質(zhì)、工程地質(zhì)勘察、城市工程勘察等應用廣泛[8-11]。本文以廣州增城某場地為例，采用橫波反射法和高密度電法對調(diào)查區(qū)進行勘探，討論兩種方法在城市地質(zhì)調(diào)查中的應用效果，并提供了該地區(qū)的地球物理基礎性資料，為以后城市建設提供了參考。

1 工作區(qū)位置及地形特征

廣州市增城區(qū)位于珠三角經(jīng)濟圈核心位置，位于廣州市東部、惠州市西北部區(qū)域。工作區(qū)地處亞熱帶沿海，北回歸線從中南部穿過，屬海洋性亞熱帶季風氣候。地表水體屬于珠江水系中的東江支流的增江水系，具有暴漲暴落的特征。

工作區(qū)屬于丘陵地貌和三角洲平原地貌，地勢北高南低，背山面海，最高峰為北部的天堂頂（海拔1210m）；北部為中低山地，有南昆山自然保護區(qū)；中部是丘陵地區(qū)，南部為沿海沖積平原，為珠江三角洲的組成部分。珠江及其眾多支流貫穿整個廣州。

2 工作區(qū)地質(zhì)地球物理特征

工作區(qū)地處珠江三角洲東部，離海較遠，地表出露的前第四紀地層受巖漿活動及第四系覆蓋影響，分布面積較小，地層出露有中—新元古界、泥盆—石炭系、三疊系、白堊系和古近系。第四紀主要位于東莞盆地，地貌上屬于沖積平原，為河流相沉積，局部為三角洲相沉積；主要分為晚更新世禮樂組（Qpl）、小市組（Qpxs）、全新世桂洲組（Qhg）、大灣鎮(zhèn)組（Qhdw）4 個組級單位和一個非正式地層單位——人工填土（Qs）；另外在北部增城一帶也有少量分布，基本為山間河流兩岸的沉積。第四紀沉積物物質(zhì)組成復雜，橫、縱向相變快，沉積厚度變化大。

研究區(qū)處于中國東南沿海大陸邊緣，基底構造形跡較復雜，地層發(fā)育不完善，巖漿活動強烈，構造變形作用較強，變形的類型有褶皺構造、韌性剪切帶、脆性斷層及斷陷盆地。其中，斷裂構造為調(diào)查區(qū)主導的構造類型，它們相互切割、復合，形成了調(diào)查區(qū)的基本構造格架。主干斷裂帶的展布形態(tài)和運動方式，主導著區(qū)內(nèi)地形地貌塑造、巖漿活動和沉積作用等多種地質(zhì)作用。

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查和已有資料顯示主要巖土層為人工填土、粉質(zhì)粘土和不同風化程度的花崗混合巖。粉質(zhì)粘土以上地層，視電阻率在10～300Ω·m（部分公路路基淺地表為高阻層）；下伏基巖為高阻層，視電阻率在500～300Ω·m；基巖破碎帶或含水體為低阻層，視電阻率在10～100Ω·m。從地層電性特征方面來分析，場地具備開展電法勘探的地球物理前提。工作區(qū)內(nèi)第四系覆蓋層與基巖之間的波速及密度具有明顯的差異，兩層之間有明顯的波組抗差異，基巖頂界面為良好的反射界面。因此，場地也具備開展淺層地震反射波法進行地質(zhì)勘察的地球物理條件。

3 工作方法及處理技術

3.1 淺層地震勘探

野外施工采用德國DMT 公司的SummitⅡplus 高分辨率數(shù)字地震儀，28Hz橫波檢波器。根據(jù)勘查目的和實際地震地質(zhì)與環(huán)境條件，合理選擇野外觀測系統(tǒng)及相應的采集參數(shù)，是獲得高質(zhì)量野外數(shù)據(jù)的關鍵。數(shù)據(jù)采集中的各參數(shù)選取以及激發(fā)和接收方式等有著很大的聯(lián)系，諸多因素因地而異，并無統(tǒng)一標準，因而生產(chǎn)前的試驗工作必不可少。正式施工之前進行了道一致性檢查和儀器檢查等工作，以確保數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)工作正常和確定適合的采集參數(shù)。

本次完成橫波展開排列1 個。中間炮點激發(fā)，1m道間距，120 道接收，濾波通帶為全通，采樣間隔為0.25ms，記錄長度1024ms，展開排列見圖1。從試驗結果中可以確定，采用中間放炮的方式更有利于接收橫波反射信號，不僅可以避開淺層折射波的影響，而且可以有效提高淺層信號的實際覆蓋次數(shù)。

根據(jù)試驗結果，施工參數(shù)如表1所示。

表1 采集參數(shù)及技術指標

3.2 高密度電法

高密度電法儀采用重慶頂峰及精凡科技儀器廠生產(chǎn)的EDDJ-1A高密度電法測量系統(tǒng)，采用溫納裝置進行數(shù)據(jù)采集。溫納裝置的電極排列規(guī)律是：A、M、N、B（其中A、B是供電電極，M、N是測量電極），AM=MN=NB為一個電極間距，隨著間隔系數(shù)n由n（MIN）逐漸增大到n（MAX），四個電極之間的間距也均勻拉開。該裝置適用于固定斷面掃描測量，其特點是測量斷面為倒梯形。

野外采集參數(shù)如下：最小隔離系數(shù)為n=1，最大隔離系數(shù)n=20，供電時間2s，最大AO=BO=152.5m，最小AO=BO=7.5m，MN=5.0～90m，物理點距5.0m。

3.3 數(shù)據(jù)處理

資料處理工作是解釋工作的基礎，其處理質(zhì)量直接關系到解釋成果精度，因此，資料處理工作是一項研究性、目的性、服務性很強的工作。為確保資料處理的高質(zhì)量，本次資料處理嚴格采用一系列的高保真、高分辨率的處理方法，優(yōu)選處理模塊，精選處理參數(shù)，力求得到最優(yōu)的地震資料。處理過程中，進行細致的預處理工作，刪除不正常的道記錄、炮記錄，校正反極性的記錄道。處理內(nèi)容主要包括：解編、編輯、速度分析、動校正、自動剩余靜校正、各種濾波和淺層弱信號的增強等。

在地震資料處理中，為選取最佳的處理參數(shù)，在正式剖面處理前進行參數(shù)分析處理是十分必要的。參數(shù)分析處理有利于選擇最佳的處理參數(shù)、模塊和處理流程。

橫波反射的處理流程為：解編→預處理→球面擴散補償→疊前濾波→道間平衡→抽CDP 道集→速度分析→動校正→自動剩余靜?！B加→疊后濾波→修飾處理→AGC→剖面打印→初步解釋→時間剖面輸出。

高密度電法資料處理的主要流程如下：

解編→預處理→反演→ρs等值線斷面圖輸出→初步解釋→剖面圖輸出。

原始數(shù)據(jù)采集后進行復核，解編采用隨儀器配套的電法數(shù)據(jù)處理與轉換程序。預處理主要是數(shù)據(jù)畸變點剔除。

4 資料解釋

4.1 地震解譯

圖2 為DZ01 橫波反射時間深度剖面圖，從圖2 中可明顯看出有一個反射波振幅較強的波組，雙程時間150～200ms 之間。結合地質(zhì)資料及鉆孔資料，劃定反射波T0 界面為第四紀底界面產(chǎn)生的反射波。從上往下分別是人工填土、粉質(zhì)粘土和風化程度不同的花崗混合巖。該反射層在橫向上有起伏變化，但相對較平緩，但連續(xù)性較好。

DZ01-2剖面上圈定斷裂F1處（圖2），在樁號120m處，T0 同相軸出現(xiàn)一處明顯的向下凹陷的現(xiàn)象，并且伴隨有反射波波組錯亂的現(xiàn)象，結合地質(zhì)構造地表走向，推斷樁號120m 處同相軸出現(xiàn)的異常為構造所致，推斷F1斷裂。結合ZCXSW02 號鉆孔資料，F(xiàn)1斷裂為真實存在斷裂。

4.2 高密度解譯

高密度電法資料采用不同的電阻率，形成電阻率斷面圖，根據(jù)物探斷面圖進行地質(zhì)解釋。一般淺部為相對低阻區(qū)，路基段淺部為高阻，中部為相對高阻區(qū)，深部為高阻區(qū)。一般情況下，淺部低阻層可解釋為第四系覆蓋層，中部為基巖風化殘積土及全強風化基巖，深部高阻層解釋為中、微風化基巖，但調(diào)查區(qū)受地表公路路基影響，淺部分層解釋存在一定的難度，解釋過程中宜結合少量鉆孔進行綜合分析。如圖3所示，本次物探測線視電阻率反演斷面圖分析可知：

（1）測區(qū)內(nèi)視電阻率單支曲線形態(tài)主要為“H”型和“A”型。

（2）根據(jù)區(qū)內(nèi)地質(zhì)特點，覆蓋層人工填土（特別是混凝土路面）表現(xiàn)為相對高阻，粉質(zhì)粘土、砂層表現(xiàn)為相對低阻，中（微）風化基巖區(qū)表現(xiàn)為相對高阻。

（3）測線范圍存在下凹漏斗狀低阻體，測點1200～1300左右，有一下凹漏斗狀的相對低阻異常，推斷可能為相對較深的風化槽引起的異常。測點1390～1580左右，有一下凹漏斗狀的相對低阻異常，推斷為斷層破碎帶或含水體引起的低阻異常，推測視傾向為北，傾角25°～35°，可能的發(fā)育深度20～70m。測點1800～1850左右，有一下凹漏斗狀的相對低阻異常，推斷為斷層破碎帶或含水體引起的低阻異常，推測視傾向為南，傾角35°～70°，可能的發(fā)育深度25～40m。測點2150～2210左右，有一下凹漏斗狀的相對低阻異常，推斷為斷層破碎帶或含水體引起的低阻異常，推測視傾向為南，傾角35°～70°，可能的發(fā)育深度25～70m。

（4）在深部方向上，高阻的起伏形態(tài)大致反映了基巖起伏形態(tài)。

5 結論

通過本次地震勘探，得到了基巖面起伏形態(tài)以及該測線的第四紀厚度，共發(fā)現(xiàn)斷裂異常1個。通過鉆孔驗證，證明了斷裂真實存在。

根據(jù)高密度電法成果，共圈定了3 處異常帶，物探推斷為斷層破碎帶或含水體，分別為：

（1）點號1390～1580范圍，視傾向為北，傾角25°～35°，發(fā)育深度20～70m；

（2）點號1800～1850范圍，視傾向為南，傾角35°～70°，發(fā)育深度25～40m；

（3）點號2150～2210范圍，視傾向為南，傾角35°～70°，可能的發(fā)育深度25～70m。

根據(jù)以上物探結果，說明這兩種方法在城市地質(zhì)調(diào)查中具有良好的應用效果。