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岩溶塌陷区综合物探方法的应用效果

文章出处:www.edpard.com │ 网站编辑:山水地质 │ 发表时间:2017-05-04

摘 要:本文以向阳村地面塌陷调查为例,论述了综合物探方法在岩溶、塌陷调查中的应用。高密度电法和浅层地震勘探可有效查明塌陷区内地层结构、隐伏断裂破碎带,并划分出塌陷区,结果与钻孔基本吻合。

关键词 综合物探;岩溶塌陷;浅层地震;高密度电法。

欢乐斗牛玩法 1。 引言

河北省徐水县瀑河乡向阳村是1958年由瀑河水库库区迁来,属于低山丘陵区。北西南三面环山,东临瀑河水库。现有农户136户,人口503人。1967年在村内由西向东,由北向南出现塌陷开始,此后几乎每年都出现塌陷,到1995年后灾害日益严重,出现大面积塌陷。塌陷频率逐年增高,塌陷范围逐年扩大。伴随地面下陷,房屋出现裂缝、倾斜,居民住户被迫搬迁。严重危及村民的生命财产安全。每逢雨季,人心慌慌,个个自危。该村的地质灾害受到各级政府的关心,市县乡政府多次派人调查,村民采取了部分措施,但难以抵制灾害的发生发展。2008年保定市国土局申请河北省财政立项,对向阳村地质灾害进行综合调查和恢复治理,消除隐患,保证村民的生命财产安全。

欢乐斗牛玩法 通过综合物探测量、工程勘查和水文地质调查分析,查明该村地面塌陷主要是由于地表水的渗灌及地下水的经流所造成,经过一年多时间的恢复治理,已取得了明显的效果。本文主要介绍浅层地震和高密度电法在该项目中的应用效果。

2. 基本概况

分布的地层主要为第四系,约占全村五分之四面积。上部以黄土状粉土为主,局部为粉质粘土,具自湿陷性及高压缩性。土层内垂直节理发育。自上而下可溶性物质含量增高。厚度2—30m;底部为碎石夹粉质粘土,厚度1—3m。村西和村北厚度小,一般10—20m,村南和村东厚度大,一般为30—40m,村中间受构造影响有一隆起带,厚度变小,约20—30m。在村子周边的小山上分布有震旦系上统景儿峪组(Z3J)中厚层石英砂岩,局部夹薄层粉砂质页岩,受区域变质影响,胶结物硅化,岩石坚硬,节理不甚发育。震旦系上统下马岭组(Z3X)出露面积很小,仅在村东排水渠内见到。岩石为褐红-灰褐色千枚状泥质页岩,薄层状;震旦系中统铁岭组(Z2t)出露范围较大,为白云质灰岩。受构造及其它地质作用,直立裂隙十分发育,沿裂隙面有溶蚀,局部可形成溶洞。

向阳村正处于近南北向和近东西向两组断裂交汇处,断层构造比较发育。基岩比较破碎,在基底形成大小不等,纵横交错的裂隙,构成地下水畅流通道。加上水库水位随季节性变化较大,地下水位升降变化强烈,引起孔洞上覆土层扰动破坏;地表水径流强烈,其搬运能力强,将孔洞内细颗粒物带出,加剧了塌陷的形成。

3. 物探方法与技术

工程物探的主要任务是查明向阳村及周边第四系覆盖厚度,与地面塌陷有关的断裂构造,圈定塌陷发育地带和隐伏洞穴分布范围。工作方法使用高密度电法和浅层地震反射波法,共布设高密度电法剖面13条,共5.5km,2条浅层地震反射剖面,共1.0km。受场地限制,无法采用规则测网。沿村子内的街道和小路布设,高密度电法剖面主要采用南北向布设,浅层地震剖面采用“十”字布设,南北、东西方向各一条。

高密度电法使用重庆奔腾地质仪器厂生产的WGMD-3(60道)高密度电阻率测量系统,浅层地震是采用德国DMT公司研发的地震数据采集系统—SummitⅡplus地震仪。

通过野外方法试验,高密度电法选择α(温纳四极)工作方式,电极距5m,控制深度数据16层(探测深度约45米)。野外工作时一次布设60个电极,电极转换开关按α方式进行组合控制仪器观测每个数据上的ΔU值、I值,经自动计算视电阻率,存储在仪器内。一个排列完成后,向前滚动12个电极,再重复以上测量,直到整个剖面测量完毕,把数据传到计算机内,使用专用软件进行资料处理和二维反演计算,最后,根据ρs值绘制等值线拟断面图(色阶图)。

浅层地震采用多次覆盖观测系统,道间距2米,偏移距2米,32道接收采用,覆盖次数为12次,记录长度1s,记录间隔为0.5ms,24磅锤击震源。浅层地震资料处理的重点是进行消除和压制干扰、提高信噪比和分辨率。使用软件是美国FOCUS 2.0进行处理,根据本次工作的方法特点和资料特征,采取的基本数据处理流程包括数据格式转换、道编辑、频谱分析、数字滤波、动校正、速度扫描和速度谱分析、CDP叠加以及道均衡处理,最终得到水平叠加的时间剖面。由速度谱分析和速度扫描得到较准确的各层均方根速度模型,根据均方根速度与其速度的关系,对比分析时间剖面的反射波组,确定反射层的构造形态,从而获得相应的解释剖面。

欢乐斗牛玩法 4。 主要成果解释

4.1 地层解释

由高密度电法二维反演电阻率断面图分析,本区可分为三个电性层,视电阻率小于50Ωm的低阻层分布在25-35m以上大部分区域内,主要是黄土状粉土、粉粘土层的反映;视电阻为50-100Ωm的中阻层分布在6-10m深度范围内,分布不均匀,成断续短轴状、长轴状出现,主要是局部砂卵石层引起。地表水泥路面也为中等电阻率;视电阻率大于100Ωm的高阻层主要分布在25-30m以下,是区内基岩的反映(图1)。

浅层地震剖面在100-140ms内有比较强的反射波组,同向轴清晰、连续,是基岩的反映,埋深22-32m,与高密度电法反映深度基本一致(图2)。

4。2 隐伏断裂破碎带划分

从水文地质资料分析,隐伏的断裂、破碎带是造成向阳村地面塌陷的主要地质因素,查明隐伏的断裂、破碎带是本次物探工作的主要任务。断裂、破碎带与围岩有明显的物性差异,由于断裂破碎带内赋存水或泥土充填,在ρs断面图上有明显的低阻异常带,ρs等值线密集,呈阶梯状或漏斗状。在浅层地震时间剖面上主要表现为反射波同向轴不连续或错断等。

区内推测断裂破碎带3条,其中北东向断裂有F1、F2,北西向断裂F3。

F1位于向阳村中南部,北东走向,两边都向村子外延伸到山中。6条高密度电法剖面上都为相对低阻异常,低阻异常带呈漏斗状,向下深入到基岩(图1),在浅层地震时间剖面上时间同向轴明显错断(图2)。推测断裂倾向北西,倾角65-70°。钻孔ZK2-1孔在深度0-9.5米处为粉土、粉质粘土,9.5-20.3米处为砾类土,裂隙发育,漏水严重,20.3-33.4米段为强风化白云质灰岩,岩石破碎,有粉土充填,33.4米以下为白云质灰岩,岩石张性裂隙发育,有粉粘土充填。

F2位于村子北边,走向北东,北东向延伸出村外。2条高密度电法剖面都有低阻异常带显示,呈阶梯状;浅层地震时间剖面上同向轴增加、有明显错断(图2)。推测断裂倾向北西,倾角较陡。ZK3-1孔在0-21.2米处为耕土、粉土、粉质粘土、局部含少量砾类土,21.2-28.7米处为风化砂岩、岩石破碎,有粉粘土充填,28.7米以下为基岩,基岩张性裂隙发育,有粘土充填。

F3位于村子西边靠近山边,走向北西,南东延伸出村外,4条高密度电法剖面有相对低阻异常显示,异常成阶梯状。推测断层倾向南东,倾角较陡(图1)。

欢乐斗牛玩法 4.3 塌陷区圈定

所圈定的塌陷区是指土层或基岩地层的结构、构造遭受到破坏,已经或将会产生塌陷性地质灾害的区。主要根据物探资料推测的隐伏断裂破碎带,结合地表调查发现的塌陷现象进行圈定的。

共圈定3个塌陷区,分别位于向阳村的南边、北边和西边,主要沿F1、F2、F3断裂破碎带分布,都分布于断层的上盘。分析认为是由于地下水沿断裂破碎带流动产生搬运、溶蚀作用造成的塌陷。其中F1、F2断层已为钻孔ZK2、ZK3所证实。

5。 结论

岩溶、塌陷是一种典型的不良地质现象,危害越来越明显。由于岩溶发育的不确定性和隐蔽性,因此,仅靠钻探手段很难以达到要求,工程勘察难度较大。一方面钻孔的布设有一定的盲目性,局部岩溶发育地段会被遗漏,另一方面,发现有岩溶、塌陷分布的地段,也很难探明其规模、形态和分布规律。物探方法具有设备轻便、勘探快速、经济,而且可以进行连续的剖面勘探。因此物探方法可作为岩溶、塌陷区钻探的先行手段,在岩溶、塌陷工程勘察中可起到前期指导和后期补充作用。

实践证明,在地面塌陷调查中,高密度电法和浅层地震勘探是有效的物探方法,可为塌陷区的调查、塌陷原因分析、灾害预测和治理提供重要依据。

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