高密度電法、淺層地震法在安徽某地區地質塌陷中的應用分析

黃本湖

摘要：對高密度電法、淺層地震法進行了詳細的論述，并應用于安徽某地區地質塌陷項目。分析了在塌陷問題上，兩種方法相結合，推演塌陷位置。

關鍵詞：物探；鉆探；高密度電法；淺層地震

1.高密度電法、淺層地震的工作原理

（1）高密度電法工作的基本原理與常規電阻率法大體相同。它是以巖土體的電性差異為基礎的一種電法勘探方法，根據在人工電場作用下地中傳導電流的分布規律，推斷地下具有不同電阻率地質體的賦存情況。高密度電阻率法中的物理前提是地下介質間的導電性差異。和常規電阻率法一樣，它通過A、B電極向地下供電流I，然后在M、N極間測量電位差ΔV，從而可求得該點（M、N之間）的視電阻率ρs=KΔV/I。根據實測的視電阻率剖面，進行計算、分析，便可獲得地下地層中的電阻率分布情況，從而可以劃分地層，判定異常等。

（2）淺層折射波法地震勘探利用人工激發的地震波在地下介質傳播。當穿過波速不同的介質的分界面時，波改變原來的傳播方向而產生折射。當下層介質的波速大于其上層介質的波速時，在波的入射角等于臨界角的情況下，折射波將會沿著分界面以下層介質中的速度“滑行”。這種沿著界面傳播的“滑行波”也將引起界面上層質點的振動，并以折射波的形式傳至地面。通過地震儀測量折射波到達地面觀測點的時間和震源距，就可以求出折射界面的埋藏深度。淺層地震折射波法是淺層地震勘探中的一種重要工程勘察方法，常用來探測覆蓋層（或低速層）的厚度、基巖起伏、斷層和古河道的分布等水文工程地質問題。

2.高密度電法、淺層地震法在地質塌陷中的應用

2.1工程概況

受業主委托，在指定工作區內開展地球物理勘查工作，分別進行高密度電法和淺層地震反射法勘查，目的是查明測區范圍內地層結構、巖溶和構造等，為工程建設場地的地基基礎評價提供依據。

2.2構造

本區大地構造單元屬中朝準地臺淮河臺坳，次級單元為淮北陷褶斷帶宿縣凹斷褶束閘河復向斜的中部。

區域褶皺為軸向NE的短軸狀舒緩背、向斜，與褶皺伴生的斷裂不甚發育。侏羅紀以來，褶皺受到強烈改造，產生了一套新的褶皺和斷裂并存的弧形構造，即為“徐宿弧”構造，弧形構造整體向西突出，兩端收斂。其中，向斜較為寬緩，背斜則顯得緊密，褶曲以正常（直立、斜歪）類型為主，軸向以北北東向為主，軸面多數傾向東；復式背斜和向斜多數隱伏在第四系之下，背斜的核部地層為寒武—奧陶系，向斜的核部地層為石炭—二疊系。

區域內褶皺自東往西較大的有皇藏峪復背斜、閘河復向斜、肖縣背斜、肖西開口復向斜和水城隱伏背斜。

2.3地球物理特征

借鑒區域物性資料及以往工作結果，本區松散層的視電阻率（ρs）在10Ω·Μ～35Ω·Μ，基巖的視電阻率（ρs）在100Ω·Μ～500Ω·Μ，松散層中并充水的空（土）洞的視電阻率（ρs）在5Ω·Μ～10Ω·Μ，與周圍地層之間存在明顯的差異。因此，本區具備進行高密度電法勘查的地球物理前提。

本區上伏松散層的縱波速度在500m/s～1500m/s，斷層破碎帶、充填空洞的縱波速度在800m/s～1300m/s，而完整基巖的縱波速度在2500m/s～5000m/s，兩者之間存在明顯的差異。因此，本區具備進行地震反射法勘查的地球物理前提。

2.4質量評價

施工前，首先要對儀器性能進行標定和檢查。高密度電法須檢查導線的敷設，電極接地、漏電情況，觀測數據，重復觀測、觀測檢查均嚴格按部頒規范執行，凡畸變點、異常點均進行100%檢查觀測，其視電阻率ρs的相對誤差小于5%，保證每天野外觀測質量的可靠。地震反射需要對儀器、檢波器的狀態和性能進行檢查，然后進行噪聲調查以選用合適的參數。

2.5高密度電法、淺層地震法的資料整理與解釋

2.5.1高密度電法

圖1為G1線高密度電法視電阻率斷面圖，該線位于王堰地塊，實際解釋長度296m。由圖1可見，斷面淺部（0m～ 5m左右）視電阻率橫向變化不大，說明大部分區段淺部地層較為均勻，而在130～190號點區段，淺部視電阻率相對起伏變化較大，其數值相對偏高，說明地層不均勻、砂性介質增多；5m以下地層基本呈層狀分布，但厚度變化較大，且深度起伏較大，而140～160號點區段隆起較為明顯、深度最小；25～30以下斷面視電阻率值明顯增大，推斷為基巖（灰巖），由小號點到大號點基巖埋深逐漸增大，在170號點有一凹陷，推斷該點附近基巖破碎或其巖溶較為發育。

G3線

圖2為G3線高密度電法視電阻率斷面圖，該線與G1、G2線垂直相交，實際解釋長度296m。由圖2可見，斷面淺部（0m～5m左右）視電阻率橫向變化不大，說明大部分區段淺部地層較為均勻，而在180號點附近區段，淺部視電阻率相對起伏變化較大，其數值相對偏高，說明地層不均勻、砂性介質增多；5m以下地層基本呈層狀分布，但厚度變化較大，且深度起伏較大；25～30以下斷面視電阻率值明顯增大，推斷為基巖（灰巖），由小號點到大號點基巖埋深逐漸增大，在165號點有一凹陷，推斷該點附近基巖破碎或其巖溶較為發育。

2.5.2淺層地震法

圖3為D1線地震反射時間剖面圖，該線位于王堰地塊，實際解釋長度358.5m。由圖可見，50ms左右的波組為覆蓋層中砂層與黏性土層間的界面波組，說明覆蓋層中存在一較為連續的砂層；基巖波組T（90ms左右）基本連續，且略有起伏，說明基巖面有一定的起伏變化，在點號58、160、180及285m附近，基巖波組較為紊亂，推斷幾處基巖可能較為破碎或巖溶較為發育。

圖4為D2線地震反射時間剖面圖，該線位于王堰地塊，實際解釋長度322.5m。由圖可見，覆蓋層中波組較多，說明覆蓋層中存在幾組砂性和黏性土互層；基巖波組T（80ms～100ms左右）基本連續，且起伏變化較大，說明基巖面起伏變化較大，在點號48、106及170m附近，基巖波組較為紊亂，推斷幾處基巖可能較為破碎或巖溶較為發育。

2.6綜合分析

綜合兩種物探方法的解譯結果可以看出，王堰地塊地下基巖存在一明顯的隆起，隆起頂部距地面24m左右，其隆起的邊緣可能存在基巖破碎或巖溶較為發育情況；隆起上部覆蓋層中砂性介質（如流沙層等）距離地面較近，并可能與基巖破碎帶或巖溶導通形成地下水的補給關系；長期的地下水運動帶走砂性介質中的細小顆粒，逐漸形成局部充水空洞，在枯水期可能由于居民用水或礦區排水等原因，充水空洞排空、支撐力降低，進而形成地面塌陷。附圖1給出基巖隆起的范圍和邊緣處可能形成地面塌的區域。

3.結論

王堰地塊地下基巖存在一明顯的隆起，隆起頂部距地面24m左右，其隆起的邊緣可能存在基巖破碎或巖溶較為發育情況；隆起上部覆蓋層中砂性介質（如流沙層等）距離地面較近，并可能與基巖破碎帶或巖溶導通形成地下水的補給關系；長期的地下水運動帶走砂性介質中的細小顆粒，逐漸形成局部充水空洞，在枯水期可能由于居民用水或礦區排水等原因，充水空洞排空、支撐力降低，進而形成地面塌陷。給出基巖隆起的范圍和邊緣處可能形成地面塌的區域。并進行鉆探驗證。

參考文獻：

[1]何國全.高密度電阻率法在巖溶探測中的應用[J].工程地球物理學報. 2016（02）

[2]彭超.地震映象法與高密度電法在巖溶塌陷勘察中的聯合應用[J].工程地球物理學報. 2016（01）

[3]牛跟彥.超淺層地震勘探技術在小煤窯采空區中的應用研究[J].中國煤炭. 2012（06）.

[4]楊志鵬.高密度電法物探技術在巖溶地區地質勘察中的應用[J].西部資源， 2019（03）：163+166.

[5]吳磊.高密度電法在地質災害中的應用[J].西部資源， 2019（02）： 177-178.