綜合物探在黃土裂隙發育特征勘察中的應用研究

范俊波 楊榮 郝雪峰

（1.四川省地質調查院，四川成都 610081；2.四川省智慧地質大數據有限公司，四川成都 610081）

0.引言

黃土高原地區中存在大量的不同規模、不同成因的裂隙發育，裂隙與裂隙之間互相穿插、相互切割形成立體的裂隙網絡系統。裂隙是侵蝕土壤、洞穴的優勢面；也是是孕育地質災害的控制和分離面，從而導致黃土高原地裂縫、滑坡、崩塌、地面塌陷等頻繁發生；因此,找到黃土裂隙（縫）的發育特征及其規律,是研究黃土高原地區地貌演化、水土流失、災害防治、黃土特性及其相關地質工程問題基礎。隨著科學的不斷進步,物探方法是當前地質災害防治系統工程中的一項科學有力的勘查技術手段之一,在地質災害的監測、預報、防治、減災中起到重要作用，為地質災害防治工程提供科學有效的資料。文章為查明工區內黃土裂隙發育等目的，擬采用綜合地球物理探測方法（高密度電阻率法、探地雷達法、地震面波法）來初步查明研究區域的黃土裂隙發育特征及地質情況。

1.區域地質概況

研究區域區域毗鄰黃河流域，最早是由由黃河流域的沖擊沉積再加上河流切割形成，屬于黃河流域的Ⅳ級階地，屬于典型的黃土塬。區內山勢陡峻，溝谷縱橫，地表坡降大，溝谷切割深。屬于典型的黃土臺塬，它的地層自上而下為馬蘭黃土、黃土狀土、砂礫卵石層及白堊系砂泥巖或新近系泥質砂巖。

（1）晚更新統風成黃土層（Q3eol）：是整個區域分布最廣的第四系，主要為疏松、多孔、均勻、垂直節理發育的馬蘭黃土，呈灰黃色。（2）中更新統沖積粉質粘土（Q2al）：厚約2m～2.5m，結構堅實，黏粒含量高，具有相對隔水作用，硬塑，可見明顯波狀層理。（3）中更新統沖積砂卵礫石層（Q2al）：本地處近水平，為河流相沖積而成，主要物質成分為砂卵石。（4）下白堊紀河口群（K1hk），為紫紅色、棕紅色砂巖、泥巖互層，白堊系巖層在此出露的可見厚度為70m左右，為黃河Ⅳ級階地的基座。

2.地球物理特征

地球物理特征差異，是一切物探工作的前提。通過查閱資料了解了研究區域的電性參數，進行了物探電性參數實測，通過資料分析可知，如果存在裂隙發育，那么地下目標體和周圍介質之間的電性就有差異。這樣就存在用高密度電阻率法查明黃土裂隙的地球物理條件，該地區視電阻率一般都不超過1000Ω·m，通過處理分析可較為清晰分辨出裂隙的特征。由于探地雷達在裂縫或裂隙處會發生較明顯的電磁波反射或折射，從而改變電磁波傳播速度，并大量應用于無損害監測中，根據對測區地層分布條件及黃土裂隙的發育一般特征分析，故滿足地球物理探測的特征。多道瞬態面波法是以面波速度差異來區分巖性及地層的一種物探方法。影響面波速度的主要因素有礦物成分、巖石的結構、構造及含水情況，包括裂隙的發育等。根據研究區域地層分布條件及黃土裂隙的發育一般特征分析，這些是本研究區域采用多道瞬態面波技術法物理前提條件[1]。

3.地球物理方法選擇

根據本次物探研究工作目的與任務，本次研究工作采用了多道瞬態面波法、高密度電阻率法、電磁波探地雷達法綜合地球物理探測手段進行。綜合物探方法可以基本查明巖層分布、覆蓋層的位置及延伸情況、覆蓋層內裂隙的發育及規模等，能較好地完成本次勘察任務。由于多道瞬態面波法是以面波速度差異來區分巖性及地層的一種物探方法，根據測區地層分布條件及黃土裂隙的發育一般特征分析，故此次使用瑞雷瞬態面波法法用于探測黃土中的裂隙發育情況；高密度電法是以地下介質電阻率差異來區分巖性及地層的物探方法，它可勘察黃土裂隙的地球物理條件，通過處理分析可較為清晰分辨出裂隙的特征；探地雷達在裂縫或裂隙處會發生較明顯的電磁波反射或折射，從而改變電磁波傳播速度，并大量應用于無損害監測中，根據對測區地層分布條件及黃土裂隙的發育一般特征分析，故滿足地球物理探測的特征。

4.綜合物探成果及探槽驗證

4.1 物探成果

瑞雷面波的傳播速度與地下介質特性相關，不同地層結構有明顯不同的瑞雷波波速，地下體密實度越大，對應的瑞雷波波速明顯就越高；當瑞雷波波速介于0m/s～600.00m/s時，我們推測為覆蓋層，覆蓋層內瑞雷波波速出現Z字型拐點，推測為其密實度發生改變所致，隨著波速逐漸增大，說明地下介質密實度也在逐漸增大。根據探地雷達勘測結果及地質資料覆蓋層多為第四系人工填筑及馬蘭黃土。在剖面上展布類似于“X”狀異常區域，推測可能為黃土含水率變化或其他原因所致，有多處裂隙發育，物探剖面展布多條梯度異常曲線，由此推測為層間不連續面，或由黃土沉降及其他原因所致，推測可成為潛在滑動面[2]。

通過高密度電阻率剖面綜合成果圖1所示可以看出：研究區域地表淺部0m～10m左右電阻率ρ為50Ω·m～1000Ω·m，由此我們推測為黃土覆蓋層；覆蓋層具體形態如上圖所示；覆蓋層多為第四系人工填筑及馬蘭黃土；在深度約0m～3m范圍內，物探剖面分布大量團狀低阻異常，視電阻率改變方向最快，結合物探現場勘察資料及地質資料，由此我們推測這些視電阻率改變最快的區域就是黃土裂隙發育或土洞所致。結合物探現場勘察資料及地質資料可知，覆蓋層多為第四系人工填筑及馬蘭黃土；由此我們可以推測由于裂隙發育，給水的流動提供了運移通道，造成地下水積累，越往下水積累越多。這樣就造成視電阻率明顯較低。這也會造成一些地質災害的發生。

圖1 高密度電阻率剖面綜合成果圖

4.2 探槽驗證

鑒于本次研究的重要性與實踐性，由于地球物理勘測反演結果的多解性，因此單從物探資料解釋黃土裂隙是不全面的，故進行了探槽驗證對比，從這次槽探結果來看，其真實地質情況與實際物探解釋結果基本一致。從面波勘探結果來看，黃土覆蓋層在20m～30m左右。在結合地質資料分析覆蓋層多為第四系人工填筑及馬蘭黃土這與物探結果是吻合的；探槽內壁上，可以清晰的看到有多處裂縫和裂隙，并且其大小規模各有不同。高密度電法剖面中分布大量團狀低阻異常，視電阻率改變最快的方向；地質雷達勘測結果顯示，在測線區域地質雷達信號頻率低，振蕩幅度大，且剖面多處存在錯動，推測為黃土裂隙發育或落水洞等原因所致，從探槽結果看來這也是很吻合的；從地質資料加上物探現場勘察資料及探槽結果來看，物探結果是可以得到驗證的，這也充分說明了物探的準確性。

5.結論

綜合物探方法探測黃土裂隙勘測深度中是有效的。通過綜合物探方法的運用，彌補了我們對黃土裂隙進行探測單一方法的不足，也提高解釋的可信度和精確度。黃土地區表面中存在著大量的不同性質的裂隙（縫），不同的黃土裂隙具有不同的特征，因此黃土地區裂隙分布規律也迥然各異的。裂隙與裂隙相互穿插、相互切割形成了三維的裂隙系統。針對黃土地區可能出現的不穩定地質災害：首先，應加強防災減災宣傳力度，提高保護地質環境及防災意識，廣泛開展地質災害調查工作，建立群測群防網絡系統，通過對黃土地區地質災害的調查，查明地質災害隱患，給出合理的防災減災方案。其次，在黃土地區積極推廣生物防治地質災害措施和工程防治措施。最后，隨著科技信息時代的到來，可以廣泛應用空3S技術，建立并完善好黃土地區地質災害數據庫以及地質災害動態預警信息系統。