綜合物探方法在地面塌陷探測中的應用研究

吳燦燦，楊 光

（1.宿州學院資源與土木工程學院，安徽宿州234000；2.安徽省煤礦勘探工程技術研究中心，安徽宿州234000；3.江蘇省地質勘查技術院，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現象，可在松散土層、基巖或兩者共同發育的地方發生，是一種破壞性較強的地質災害[1-3]。能夠威脅到城鎮建筑的安全，以及損壞公路、鐵路、水庫等工程設施，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，需要對其進行探測研究，從而掌握地面塌陷的分布規律以及發展趨勢，為災害防治提供一定的科學依據。

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性，容易出現多解現象，在解決勘探問題時存在弊端?；诖?，可以適當選取多種地球物理探測方法進行相互配合驗證，增強探測結果解釋的準確性[8-10]。綜合考慮物探方法的優缺點、地面塌陷的特性、工作的復雜程度等因素，本文優選出地質雷達和地震映像兩種探測方法，對地面塌陷進行了實際探測應用研究。

1 方法原理

1.1 地震映像

地震映像法是基于常規地震反射波法中的最佳偏移距技術發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（在地震映像技術操作中多采用小偏移距或等偏移距），激發點與接收點間的距離保持不變，震源每激發一次，檢波器記錄一道，沿測線不斷移動激發點及接收點，可獲得一條最佳偏移距地震反射時間剖面，然后通過計算機對地震反射時間剖面進行數據處理解釋,可獲得地層界面的深度。具有探測深度大、抗干擾能力強、施工簡便、剖面顯示直觀等優點。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 地質雷達

地質雷達是通過發射天線發射高頻電磁波，接收天線接收電性差異大的介質反射的波。對接收的電磁波進行分析處理，依據波形、強度、幾何形態等因素，來確定地下目標體的性質和狀態。具有探測速度快、采集數據量大、定位準確、操作靈活、勘探精度高、可實現連續透視掃描以及二維彩色圖像實時顯示等獨特的優點[12]。

探測區域位于某市柳州東路，現場發生較嚴重的路面塌陷，地表可見沉降裂縫，存在較大安全隱患。為詳細準確查明其原因，運用了地質雷達和地震映像方法進行了探測研究。

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

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

圖2 地質雷達及地震映像測線布置示意圖

2.2 地震映像探測結果

L1、L2、L3為東西向測線，測線位于綠化帶外緣（慢車道內）。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，點距0.5m；方形區域地震波形同相軸下凹、或局部錯斷，應為泥沙擾動區；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，測線位于綠化帶內緣（柳州東路快車道內），圖4為地震映像測線L4、L5、L6、L7探測成果，圖中方形區域推測為泥沙擾動區；橢圓形區域為泥沙流失，甚至局部脫空引起的異常。這4條測線尾端淺部均出現異常，推測為路基與墊板交接位置回填不均所導致。

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 地質雷達探測結果

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。地質雷達波形圖左側坐標為通過雷達波雙程走時計算出的深度。

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，所圈黑色區域推測為富水松散區，L2尾部的富水松散區下方為電力干擾區。圖7為地質雷達屏蔽天線所測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處有較強多次反射干擾（L6-1方框所圈位置），推測為鋼筋結構形成的板狀異常體。

圖6 地質雷達測線L1～L4探測成果

2.4 探測成果

本次通過地震映像和地質雷達兩種探測方法，圈出了泥沙擾動區和泥沙流失區，為后期加固處理，提供了地球物理依據，其成果平面圖見圖8。

3 結論

通過對柳州東路路面塌陷進行探測，得出以下結論與建議：

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

2)在本次探測中，地質雷達受到電力線干擾較大，只在淺部富水松散區反映較好。

圖7 地質雷達測線L5、L6-1探測成果

圖8 探測成果平面圖

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