高密度電法和氡氣測(cè)量在地裂縫調(diào)查中的應(yīng)用分析

李巧靈 雷曉東 李晨 雷坤超 韓宇達(dá) 趙旭辰 羅勇

摘 要：平原地區(qū)地裂縫發(fā)育具有隱蔽特性，勘探難度較大，綜合物探方法可以快速查明地裂縫的分布及空間展布特征。氡氣測(cè)量具有經(jīng)濟(jì)高效的優(yōu)點(diǎn)，可以快速探測(cè)地裂縫發(fā)育位置。高密度電法一次布極可以實(shí)現(xiàn)不同排列數(shù)據(jù)采集，快捷采集數(shù)據(jù)的同時(shí)降低了電極布設(shè)引起的干擾，成果電阻率斷面圖則可以較好地展示地裂縫空間形態(tài)。綜合利用2種方法可以相互補(bǔ)充和驗(yàn)證，提高解釋結(jié)果的準(zhǔn)確性。在宋莊地裂縫通州北部地區(qū)布設(shè)了4條綜合物探剖面，其中高密度電法測(cè)量330點(diǎn)，氡氣測(cè)量163點(diǎn)。分析發(fā)現(xiàn)：高密度電法對(duì)地裂縫的典型反應(yīng)為等值線發(fā)生扭曲變化，在相對(duì)高阻中間發(fā)育垂向低阻帶；氡氣測(cè)量常表現(xiàn)為峰值異常，且大部分異常呈現(xiàn)“馬鞍狀”。根據(jù)測(cè)量結(jié)果解釋推斷了10條地裂縫。

關(guān)鍵詞：通州；宋莊；地裂縫；高密度電法；氡氣測(cè)量；綜合物探

Application of electric resistivity imaging and radon measurement in ground fissures survey

LI Qiaoling1， LEI Xiaodong1， LI Chen1， LEI Kunchao2， HAN Yuda1， ZHAO Xuchen1， LUO Yong2

（1.Beijing Institute of Ecological Geology， Beijing 100120， China；

2.Beijing Institute of Geo-Environment Monitoring，Beijing 100195， China）

Abstract： It is difficult to explore ground fissures in plain areas because of their hidden characteristics. Comprehensive geophysical exploration with its advantages of convenience and economic efficiency can quickly identify the spatial distribution， scale， and characteristics of ground fissures， and directly produce exploration results. Radon measurement method can detect the location of ground fissure， while high-density resistivity method can display the spatial characteristics of ground fissures. Combination of the above two methods can mutually complement and verify each other and obtain improved interpretation of the results. In this study， four comprehensive geophysical profiles were laid out near Gouquzhuang Village and Dapang Village for the Songzhuang ground fissures in Tongzhou， covering 330 high-density resistivity measurement points and 163 radon measurement points. The study found that the typical response of high-density resistivity measurement to ground fissures is resistivity isopleth abnormal changes， and develops low resistance zones when resistivity of the surrounding rock is relatively high. The response of radon measurement is anomalous peak values， most of which are saddle-like. Based on the measurement results， 10 ground fissures have been inferred， and their corresponding geophysical characteristics of the ground fissures summarized.

Keywords： Tongzhou; Songzhuang; ground fissure; radon measurement; high-density resistivity method; comprehensive geophysical exploration

地裂縫是一種近地表巖土介質(zhì)存在不連續(xù)或錯(cuò)動(dòng)現(xiàn)象，主要表現(xiàn)為發(fā)生在土層中的裂隙或斷層。地裂縫受地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和人文活動(dòng)綜合因素影響，構(gòu)造成因的地裂縫通常在地表呈多級(jí)雁列式的組合形式。地裂縫按成因可分為：由強(qiáng)震產(chǎn)生的地震裂縫，由斷裂等構(gòu)造運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的基底斷裂活動(dòng)裂縫和隱伏斷裂開啟裂縫，由水文地質(zhì)條件變化及特殊土脹縮或濕陷活動(dòng)引發(fā)的地面沉降裂縫、松散土體潛蝕裂縫、黃土濕陷裂縫等。地裂縫在世界上許多國(guó)家普遍存在，并隨著地下工程建設(shè)、深部能源開采、地下水超采等變得日益嚴(yán)重，從而對(duì)工程建筑、農(nóng)田道路、地下工程和生態(tài)環(huán)境等造成災(zāi)難性破壞。美國(guó)對(duì)地裂縫災(zāi)害有比較深入的研究，地裂縫在亞利桑那州、加利福尼亞、得克薩斯等地都有發(fā)育，影響較大（武強(qiáng)等，2003；張鵬，2021；張文棟等，2023）。中國(guó)也是世界上裂縫發(fā)育程度最廣、受地裂縫災(zāi)害影響較嚴(yán)重的國(guó)家之一。20世紀(jì)70年代以來，在大別山北麓、渭河流域等地相繼發(fā)生區(qū)域性地裂縫現(xiàn)象。目前國(guó)內(nèi)地裂縫較為發(fā)育的地區(qū)主要集中在華北和長(zhǎng)江中下游，如汾渭盆地地裂縫帶、太行山東側(cè)傾斜平原地裂縫帶和大別山北麓地裂縫帶。1976年唐山大地震后，北京昌平、通州、順義等區(qū)縣都出現(xiàn)了地裂縫，多發(fā)生在斷裂帶附近。主要特征表現(xiàn)為：多出現(xiàn)在平原區(qū)第四紀(jì)松散沉積物中；地震地裂縫分布在發(fā)震構(gòu)造和孕震構(gòu)造沿線，規(guī)模與誘發(fā)地震的強(qiáng)度有關(guān)；地面沉降地裂縫多分布在沉降區(qū)邊緣（賈三滿等，2011；劉方翠等，2016；趙龍等，2019）。

地裂縫調(diào)查主要以研究區(qū)域地質(zhì)環(huán)境條件為基礎(chǔ)，結(jié)合地面調(diào)查和地球物理勘查技術(shù)，獲取地裂縫發(fā)育規(guī)模、空間分布、幾何特征及延伸方向等特征。隱伏地裂縫勘探難度較大，鉆孔資料準(zhǔn)確度高，但成本也高，且只是一孔之見，不能橫向追蹤地裂縫的空間分布特征。綜合物探方法具有橫向密度高、快捷高效和成果直觀等優(yōu)點(diǎn)，可以快速查明地裂縫的空間展布特征（曹朋軍等，2020；易隆科，2022）。高密度電法起源于20世紀(jì)70年代末的陣列電法探測(cè)思想，最初模式是電測(cè)深系統(tǒng)。高密度電法的應(yīng)用隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展得到推廣和認(rèn)可，越來越多的應(yīng)用于工程勘察、斷裂調(diào)查、地裂縫調(diào)查等方面（丁肇偉等，2023；王永剛等，2023；長(zhǎng)孫月雷等，2022）。肖宏躍等（1993）、Liang等（2004）分析了高密度電法在西安地裂縫調(diào)查中的應(yīng)用效果，認(rèn)為在普查基礎(chǔ)上，用高密度電法尋找地裂縫優(yōu)于其他物探方法，對(duì)于狹窄地裂縫應(yīng)加密探測(cè)點(diǎn)距。氡氣測(cè)量主要是通過探測(cè)氡在形成過程中釋放的α射線強(qiáng)弱來解決工程地質(zhì)問題，地裂縫的存在常使不同深度地層中的氡沿著裂縫不斷運(yùn)移到地表，從而在地裂縫上方出現(xiàn)氡氣異常（劉華軍等，2004）。氡氣測(cè)量不依賴地裂縫兩側(cè)地層、巖性等物理性質(zhì)的差異，較其他物探手段有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。如：雷霆等（1997）從地裂縫形成機(jī)制和氡氣測(cè)量基本原理入手，分析了地裂縫氡氣異常的特點(diǎn)及其形成的地質(zhì)背景；陳序等（2014）分析了氡氣測(cè)量在地裂縫調(diào)查中的應(yīng)用效果，分析了不同地質(zhì)異常體對(duì)應(yīng)的氡氣異常形態(tài)，認(rèn)為該方法可有效應(yīng)用于地裂縫和活動(dòng)斷裂探測(cè)中?；谝陨戏治?，本次選擇高密度電法和氡氣測(cè)量探測(cè)宋莊地裂縫在通州北部的地表發(fā)育特征，成果數(shù)據(jù)顯示，高密度電阻率異常和氡氣測(cè)量異常具有較好的一致性，據(jù)此綜合解釋推斷了10條地裂縫。

1 ?研究區(qū)概況

研究區(qū)位于北京市通州區(qū)北部（圖1），大地構(gòu)造位置處于華北斷拗（II級(jí)構(gòu)造單元）大興迭隆起（III級(jí)構(gòu)造單元）內(nèi)的黃村迭凸起（IV級(jí)構(gòu)造單元）的東北部。黃村迭凸起西以南苑-通縣斷裂為界，與北京迭斷陷（III級(jí)構(gòu)造單元）內(nèi)的琉璃河-涿縣迭凹陷和坨里-豐臺(tái)迭凹陷、順義迭凹陷相鄰；東部與同一構(gòu)造單元內(nèi)的牛堡屯-大孫各莊迭凹陷相接壤；南部以榆垡南斷裂為界，與固安-武清新斷陷（III級(jí)構(gòu)造單元）內(nèi)的固安新凹陷相接壤。黃村迭凸起呈北東向展布，西南部基巖埋藏較深，中部大興—團(tuán)河一帶埋藏深度最淺，小于100 m，東北部埋藏較淺為300～350 m。區(qū)內(nèi)主要發(fā)育南苑-通縣斷裂。主要地層由新到老包括：第四系，沉積物成因類型較簡(jiǎn)單，以河流的沖積物為主體，巖石密度為2.0 g·cm-3，電阻率為150～500 Ω·m；侏羅系，巖性主要為安山巖、凝灰?guī)r以及復(fù)成分礫巖，巖性橫向變化較大；寒武系—奧陶系，巖性為泥質(zhì)條帶灰?guī)r、白云巖、鮞?！獌?nèi)碎屑白云巖等，并有輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)玢巖脈穿插，巖石密度為 2.72 g·cm-3，電阻率為1 700～1 800 Ω·m；青白口系，巖性為炭質(zhì)板巖、頁巖及白云巖、硅質(zhì)板巖，由于有大量的細(xì)晶巖及閃長(zhǎng)玢巖脈侵入和破壞，使地層發(fā)育不全，巖石密度為2.69 g·cm-3，電阻率一般為1 900～2 100 Ω·m，與薊縣系的物性差異較大；薊縣系，主要巖性為淺灰色白云質(zhì)灰?guī)r，巖石密度為2.80 g·cm-3，電阻率為2 200～2 500 Ω·m。

研究區(qū)地表下60 m深度范圍分為人工堆積層、新近沉積層及一般第四紀(jì)沉積層3大類。其中：人工堆積層主要為人工填土層，填土厚度由東向西遞減；新近沉積大層主要為粉砂—細(xì)砂層、粉土層、粉質(zhì)黏土層，廣泛分布在通州皮村、徐辛莊—張家灣一線的溫榆河、小中河、潮白河、北運(yùn)河、通惠河等現(xiàn)今或近代河道、河漫灘及其兩岸一級(jí)階地，通州北部的宋莊雙埠頭—尹各莊—葛渠村一帶、西部的永順紀(jì)莊—梨園崗墳—馬駒橋北門口一帶及南部永樂店北辛店—大務(wù)一帶缺失；一般第四紀(jì)沖洪積層主要為細(xì)砂與粉質(zhì)黏土互層（張園園等，2021）。

2 ?工作方法和參數(shù)

2.1 ?高密度電法

高密度電阻率是以巖、土導(dǎo)電性的差異為基礎(chǔ)，基于傳統(tǒng)電法理論，在計(jì)算機(jī)、信息測(cè)控等現(xiàn)代科技基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。該方法一次性布置幾十乃至上百個(gè)電極，可組合出10多種裝置，在提高采集速度的同時(shí)，減少了因電極布設(shè)引起的故障和干擾，勘探能力較傳統(tǒng)電阻率法顯著提高（田苗壯等，2017）。本次主要在地表可見地裂縫發(fā)育部位布設(shè)高密度電阻率測(cè)線，進(jìn)行異常追蹤探測(cè)。測(cè)量?jī)x器采用驕鵬科技有限公司（GeoPen）的E60DN電法工作站。

在開展工作過程中，應(yīng)結(jié)合收集鉆孔情況，針對(duì)不同部位的第四系巖土層特征，選用合適的電極距和裝置形式。本次主要探測(cè)目的是查明淺地表第四系巖土層分層特征。根據(jù)技術(shù)要求設(shè)置點(diǎn)距1 m、2 m或5 m，探測(cè)深度0～30 m。建立正演模型分析論證相關(guān)參數(shù)，分析后擬同時(shí)采用α、β裝置采集，電極距2 m（部分段5 m），隔離系數(shù)除G01為18外，其余皆為30，供電時(shí)間1 s。

2.2 ?氡氣測(cè)量

氡氣測(cè)量是用測(cè)氡儀測(cè)量土壤中氡及其子體濃度的一種方法，放射性元素氡（Rn）在形成和衰變過程中產(chǎn)生的α輻射是氡氣測(cè)量的物理基礎(chǔ)。Rn易溶于水，會(huì)隨著地下水不停運(yùn)移。在構(gòu)造帶中，由于巖石破碎使得孔隙度增大，會(huì)促使氡的遷移速度加快，并在地表聚集，形成局部的氡氣高異常暈。因此氡氣測(cè)量被大量用于探測(cè)活動(dòng)斷層、巖溶洞穴、采空區(qū)和地裂縫等。雖然氡氣測(cè)量在探測(cè)地下構(gòu)造中具有輕便高效、成本低廉的優(yōu)點(diǎn)，但地表土壤氡濃度易受天氣變化及含水量等多因素的影響，故在測(cè)量過程中應(yīng)加以注意，以消除或降低其影響。

本次常規(guī)測(cè)氡采用FD216測(cè)氡儀，該儀器由抽氣泵和測(cè)量操作臺(tái)2部分組成。抽氣泵除了完成抽取地下氣或水樣脫水任務(wù)，還有收集貯存氡子體的功能。當(dāng)氡氣經(jīng)干燥被抽入管內(nèi)后，立即開始衰變，并產(chǎn)生新的子體——鐳A（218Po），它在初始形成瞬間是帶正電的離子。儀器利用自體的帶電性，采用加電場(chǎng)的方式對(duì)它進(jìn)行收集，使鐳A離子在電場(chǎng)作用下，被濃集在帶負(fù)高壓的金屬收集片上，經(jīng)過一段時(shí)間加電收集后，取出金屬片放入操作臺(tái)的探測(cè)器內(nèi)，測(cè)量鐳A的放射性，其強(qiáng)度與氡濃度成正比。氡氣測(cè)量剖面采用10 m點(diǎn)距，測(cè)量時(shí)取樣器深度大于50 cm。野外觀測(cè)發(fā)現(xiàn)高值異常點(diǎn)，在其起止點(diǎn)位置應(yīng)重復(fù)觀測(cè)。整個(gè)測(cè)量過程分別為：本底測(cè)量時(shí)間2 min，加壓抽氣時(shí)間2 min，測(cè)量時(shí)間5 min，排氣時(shí)間2 min。每點(diǎn)測(cè)量時(shí)間11 min。

3 ?數(shù)據(jù)處理和分析

3.1 ?數(shù)據(jù)處理

1）高密度電法

高密度電法數(shù)據(jù)處理采用Res2D軟件包，主要處理步驟包括（嚴(yán)加永等，2012）：①原始數(shù)據(jù)前期處理。主要包括原始數(shù)據(jù)的突跳點(diǎn)剔除、濾波與平滑、地形改正和剖面拼接等。②常規(guī)處理。分析隨機(jī)噪聲和背景干擾的強(qiáng)度，進(jìn)行網(wǎng)格精細(xì)化、阻尼系數(shù)、層厚遞增系數(shù)的選擇調(diào)節(jié)。本次初始阻尼因子0.1，最小阻尼因子0.01；首層厚度0.5，層厚增長(zhǎng)因子1.15；迭代次數(shù)5次。③正反演處理。采用Res2D Inv反演軟件，建立初始模型，對(duì)比正演理論值和實(shí)測(cè)值的殘差值，反演計(jì)算獲得真電阻率的分布。對(duì)于地表附近受外界電磁干擾較大的數(shù)據(jù)，可通過設(shè)置模型子塊寬度進(jìn)行改善。④數(shù)據(jù)解釋推斷?；诜囱蓦娮杪蕯嗝鎴D，分析其電性結(jié)構(gòu)及異常區(qū)，結(jié)合其他物探方法和地質(zhì)情況，做出地質(zhì)解釋推斷。

2）氡氣測(cè)量

氡氣測(cè)量數(shù)據(jù)處理時(shí)把野外實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)繪制成氡氣測(cè)量剖面，按照一定規(guī)則，在剖面上劃分異常區(qū)，同時(shí)參照野外記錄對(duì)干擾點(diǎn)進(jìn)行甄別和推斷，排除回填土和濕度較大部位引起的非構(gòu)造異常。采用Grapher軟件完成測(cè)氡數(shù)據(jù)處理，主要步驟包括：①對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，使得不同變化范圍的數(shù)據(jù)可以在相同的坐標(biāo)系統(tǒng)中進(jìn)行對(duì)比。②標(biāo)準(zhǔn)化處理，計(jì)算同一剖面所有測(cè)量數(shù)據(jù)的平均值X和標(biāo)準(zhǔn)偏差δ，以平均值為基線，將超出3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差的數(shù)據(jù)定為不合理異常，應(yīng)當(dāng)舍棄，最后在不改變?cè)紨?shù)據(jù)形態(tài)的前提下使數(shù)據(jù)服從正態(tài)分布。③數(shù)據(jù)平滑，去除孤點(diǎn)和不符合數(shù)據(jù)變化總體趨勢(shì)的異常點(diǎn)，對(duì)舍棄不合理異常的測(cè)量數(shù)據(jù)重新計(jì)算平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差，此時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)值就定義為背景值，以此為基線，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差范圍即為閾值。④繪制成果剖面，在氡氣幅值變化曲線上標(biāo)繪背景值和異常閾值。對(duì)超過閾值的異常進(jìn)行標(biāo)定和甄別，根據(jù)異常峰值形態(tài)，結(jié)合地質(zhì)資料判斷引起異常的地下構(gòu)造位置及空間形態(tài)。此外，高于閾值的異常位置與地下構(gòu)造并非完全對(duì)應(yīng)，需結(jié)合其他物探方法綜合判定。

3.2 ?數(shù)據(jù)解釋推斷

經(jīng)處理后的綜合分析圖見圖2至圖5。圖2-a至圖5-a是本次處理后的氡氣成果圖，圖中紅色實(shí)線為剖面背景值，紅色虛線為閾值，高于此值的為異常點(diǎn)。圖2-b至圖5-b為高密度電法反演斷面圖，電性結(jié)構(gòu)縱向上大體可以分為兩層：第一層在10 m以淺，反演電阻率相對(duì)較高，推測(cè)該層砂質(zhì)含量較高；第二層整體反演電阻率相對(duì)較低，推測(cè)該層砂黏土含量較高。圖2-b至圖5-b中紅色虛線為本次推斷地裂縫。解釋推斷如下：

1）圖2為1線綜合物探成果圖，測(cè)線總長(zhǎng)約110 m，走向約120°。圖2-a為氡氣測(cè)量成果圖，背景值約6 700 Bq·m-3，閾值約為10 900 Bq·m-3。該剖面在45～50 m處存在異常（①號(hào)異常），有一定延展寬度，推測(cè)可能為地裂縫發(fā)育。圖2-b為高密度電法視電阻率斷面圖，約50 m處等值線發(fā)生扭曲，相對(duì)高阻中發(fā)育低阻異常帶，推斷可能存在地裂縫，傾向北西，傾角約70°。

2）圖3為2線綜合物探成果圖，剖面走向約150°，長(zhǎng)約200 m。圖3-a為氡氣測(cè)量成果圖，背景值約7 200 Bq·m-3，閾值約為13 000 Bq·m-3。該剖面分別在0～50 m（②號(hào)異常）和130 m（③號(hào)異常）處存在異常，②號(hào)處異常具有一定延展寬度，且呈“馬鞍狀”，③號(hào)異常則與西北側(cè)一個(gè)高于平均值但低于閾值的峰值組成“馬鞍狀”異常組合，推測(cè)可能為地裂縫發(fā)育。圖3-b為高密度電法反演電阻率斷面圖，圖中約30 m及140 m處等值線密集，相對(duì)高阻中夾雜低阻變化帶，變化梯度大，推斷可能存在地裂縫。30 m處地裂縫近于直立；140 m處地裂縫傾向北西，傾角約80°，向下延展較深。

3）圖4為3線綜合物探成果圖，剖面走向約180°，長(zhǎng)約480 m。圖4-a為氡氣測(cè)量成果圖，背景值約6 700 Bq·m-3，閾值約為11 200 Bq·m-3。該剖面分別在100～130 m（④號(hào)異常）、280 m（⑤號(hào)異常）、370（⑥號(hào)異常）和430 m（⑦號(hào)異常）處存在異常。其中：④號(hào)有一定延展寬度，且呈“馬鞍狀”，推測(cè)為地裂縫發(fā)育；⑤號(hào)、⑥號(hào)和⑦號(hào)異常組成異常帶，推斷有地裂縫發(fā)育，但其位于南苑-通縣斷裂附近，不排除斷裂因素影響。圖4-b為高密度電法反演電阻率斷面圖，圖中約80 m和480 m處等值線密集，變化梯度大，等值線圈閉近乎直立，推斷這2處可能存在近于直立的地裂縫。約180 m、290 m和360 m處等值線變化梯度大，推斷地裂縫發(fā)育，傾向北西，應(yīng)考慮此處地裂縫與隱伏斷裂的聯(lián)系。

4）圖5為4線綜合物探成果圖，剖面走向約150°，長(zhǎng)約200 m。圖5-a為氡氣測(cè)量成果圖，背景值約8 500 Bq·m-3，閾值約為15 200 Bq·m-3。該剖面分別在30～50 m（⑧號(hào)異常）和170 m（⑨號(hào)異常）處存在異常，此兩處皆為單峰異常，其形成原因需要進(jìn)一步考證。圖5-b為高密度電法反演電阻率斷面圖，圖中約80 m和170 m處等值線密集，變化梯度大，相對(duì)高阻中發(fā)育低阻異常，推斷該處可能存在地裂縫，80 m處推斷地裂縫傾向南東，傾角約70°，向下延展較深。

綜上所述，高密度電法對(duì)地裂縫的典型反應(yīng)為等值線發(fā)生扭曲變化，在相對(duì)高阻中間發(fā)育垂向低阻帶。氡氣測(cè)量常表現(xiàn)為峰值異常，且大部分異常呈現(xiàn)“馬鞍狀”。對(duì)比高密度電法和氡氣測(cè)量解釋推斷結(jié)果，除⑧號(hào)異常外，其余氡氣測(cè)量異常位置對(duì)應(yīng)的高密度反演電阻率也有不同程度的異常顯示。

4 ?討論

地裂縫的形成為多因素作用疊加的結(jié)果，多數(shù)學(xué)者認(rèn)為區(qū)域構(gòu)造活動(dòng)與地下水開采引起的地面沉降是地裂縫形成及發(fā)展的主要因素。研究顯示北京多條地裂縫為第四紀(jì)以來區(qū)域性構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)化的產(chǎn)物。超量開采地下水形成地面沉降為誘發(fā)因素，是導(dǎo)致地裂縫持續(xù)擴(kuò)展的主要原因。目前北京平原區(qū)快速發(fā)育的順義地裂縫、高麗營(yíng)地裂縫、陽坊地裂縫和北小營(yíng)地裂縫的形成是區(qū)域構(gòu)造活動(dòng)及差異沉降變形機(jī)制共同作用的結(jié)果（趙龍等；2018）。

地裂縫活動(dòng)一方面產(chǎn)生微錯(cuò)動(dòng)、微裂縫，使氡氣容易逸出，另一方面使大量互不相通的裂隙、裂縫互相貫通，為氡氣提供運(yùn)移通道。不同深度地層中的氡氣沿著斷裂裂縫不斷運(yùn)移到地表，在地裂縫上方出現(xiàn)高異常。氡異常的形成與地裂縫規(guī)模大小，破碎帶寬度，充填物的透氣性等因素有關(guān)，同時(shí)受氣候條件、地貌、植被影響，形成的異常曲線形態(tài)各異，結(jié)合兩者的異常特征，總結(jié)如下：

1）在氡氣測(cè)量剖面上，高角度裂縫的氡值曲線較對(duì)稱且尖窄，如③號(hào)、⑥號(hào)、⑦號(hào)和⑨號(hào)異常，低角度裂縫的氡值曲線不對(duì)稱且平緩，如①號(hào)、②號(hào)、④號(hào)和⑧號(hào)異常。異常帶寬度一般大于裂縫帶寬度，通常地表松散，地層越厚，異常寬度越大。

2）地裂縫通常不在氡氣異常峰值的正下方，峰值通常位于地裂縫上盤，本次的9個(gè)氡氣異常點(diǎn)基本符合這種情況。推測(cè)是因?yàn)榈亓芽p上盤羽狀裂縫發(fā)育，氡氣沿主裂面向上運(yùn)移過程中，容易從上盤次級(jí)裂縫發(fā)育的土壤中逸出，這樣的異常往往有較大的寬度和多個(gè)峰值（如①號(hào)和④號(hào)異常）。而主裂縫由于與地表貫通，無法積累氡，反而異常起伏不大或不明顯。

3）在地表覆蓋條件不好的情況下，地裂縫位于2個(gè)峰值之間的低值處，裂縫兩側(cè)出現(xiàn)氡氣高值異常，形成“馬鞍狀”異常曲線，如本次的②號(hào)和④號(hào)異常，以及發(fā)育于⑥號(hào)和⑦號(hào)之間的推斷地裂縫。

4）⑧號(hào)為單峰異常，對(duì)應(yīng)范圍高密度反演電阻率為低阻，推測(cè)可能與土層含水有關(guān)，也有可能是地裂縫上盤的異常反應(yīng)。Z03線高密度電法反演電阻率斷面圖中約180 m處推斷地裂縫在氡氣測(cè)量成果上未見明顯高值異常，但其上盤的氡氣測(cè)量值高于平均值，且與④號(hào)異常相連，故可能為該處地裂縫上盤綜合反應(yīng)。

地球物理方法種類很多，常用的方法包括反射地震法、地震映像法、高密度電阻率法、氡氣測(cè)量法、瞬變電磁法、探地雷達(dá)法、瞬態(tài)面波法等。反射波地震法是最主要和有效的地裂縫研究方法，對(duì)地裂縫結(jié)構(gòu)反映清晰、分辨率高，可對(duì)地裂縫產(chǎn)狀、性質(zhì)進(jìn)行詳細(xì)刻畫，但勘探成本較高，在城市中施工受限。電（磁）法能有效識(shí)別地裂縫的位置和產(chǎn)狀，但易受電磁背景干擾影響。瞬態(tài)面波勘探不受電磁干擾，但道路交通等人文因素會(huì)降低探測(cè)精度，且探測(cè)深度有限。氡氣測(cè)量不需要考慮介質(zhì)物性差異，但只能指示地裂縫發(fā)育位置，不能刻畫地裂縫性質(zhì)及產(chǎn)狀等細(xì)節(jié)（周正中，2008）。綜上所述，不同地區(qū)的地裂縫具有特殊性和差異性，應(yīng)根據(jù)地裂縫發(fā)育深度和環(huán)境因素選擇合適的探測(cè)方法，且盡量選擇多種物探方法進(jìn)行綜合勘探，以提高解釋推斷精度。

5 ?結(jié)論

1）高密度電法對(duì)于地裂縫的空間形態(tài)反映更為直觀，通常表現(xiàn)為低阻異常帶。根據(jù)反演電阻率斷面圖顯示的電性結(jié)構(gòu)，縱向上大體可以分為兩層，第一層在10 m以淺，反演電阻率相對(duì)較高，推測(cè)該層砂質(zhì)含量較高。第二層整體反演電阻率相對(duì)較低，推測(cè)蓋層砂黏土含量較高。橫向上基于等值線發(fā)生扭曲變化，在相對(duì)高阻中間發(fā)育垂向低阻帶的異常特征，解釋推斷地裂縫可能發(fā)育點(diǎn)10處。

2）氡氣值高于閾值的部分定義為異常，本次明顯的氡氣異常共9處，大部分異常峰值位于地裂縫上盤，個(gè)別異常形成“馬鞍狀”形態(tài)，地裂縫則位于2個(gè)峰值之間的低值處。

3）綜合利用高密度電阻率法和氡氣測(cè)量可以有效探測(cè)地裂縫。氡氣測(cè)量可以快速圈定地裂縫發(fā)育區(qū)，高密度電法可以詳細(xì)分析地裂縫空間展布特征。綜合2種方法則可以降低多解性，提高解釋推斷精度。

4）氡氣測(cè)量成果受環(huán)境因素影響較大，如回填土、濕度較大部位均可能形成異常，單點(diǎn)突跳式異常往往是地道、水井、洞穴、水管等非構(gòu)造原因造成的“無根異?！?，后續(xù)需結(jié)合實(shí)際地質(zhì)資料進(jìn)一步排查。

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收稿日期：2023-09-12；修回日期：2023-11-06

基金項(xiàng)目：北京市市級(jí)職工創(chuàng)新工作室（環(huán)境與資源地球物理探測(cè)）資助

第一作者簡(jiǎn)介：李巧靈（1983- ），女，博士，正高級(jí)工程師，主要從事地球物理探測(cè)技術(shù)研究。E-mail：liqiaoling959@Foxmail.com

通信作者簡(jiǎn)介：雷曉東（1983- ），男，博士，正高級(jí)工程師，主要從事地球物理勘查技術(shù)研究。E-mail：lei-xiaodong@139.com

引用格式：李巧靈，雷曉東，李晨，雷坤超，韓宇達(dá)，趙旭辰，羅勇，2024.高密度電法和氡氣測(cè)量在地裂縫調(diào)查中的應(yīng)用分析［J］.城市地質(zhì)，19（1）：1-8