武漢市地面塌陷地質災害勘查中的物探工作

（貴州理工學院，貴州 貴陽 550001）

【摘要】：本文通過歷次武漢市地面塌陷物探工作的總結，討論了各種物探方法的應用地質效果，總結了合理的物探勘查方法組合，對今后工作提出了建議。

【關鍵詞】：地面塌陷；物探方法技術；方法組合

1、引言

武漢市地跨長江、漢水，獨特的地理、地質構造環境，形成了復雜的水工地質條件。在東西走向的灰巖條帶中，不同程度地發育著巖溶。歷史上多次發生地面塌陷，給國民經濟建設和人民生命財產安全帶來危害。為抗災救災，防治并進，湖北省地質環境總站開展了大量的地質工作，基本查明了地面塌陷發生的地質構造特征，提出了防治措施，起到了較好的效果。作為現代化勘查技術的物探方法，在其中也得到較廣泛的應用，發揮了應有的作用，積累了有益的經驗。

2.地質與地球物理條件

武漢市地處長江、漢水兩岸階地，第四系覆蓋廣泛，具粘土-砂（礫石、卵石）層的二元結構；下伏基巖從志留系-三疊系分布基本完整，地層走向主要呈近東西向。地面塌陷主要發生在一級階地的東西向灰巖條帶上，構造部位屬向斜軸部，巖性為三疊系大冶灰巖，二疊系棲霞灰巖，石炭系黃龍灰巖。當灰巖與白堊系-晚近系，砂巖接觸部位，巖溶相對較為發育，如武昌陸家街-烽火村一帶，最具代表性?；鶐r中的巖溶及其第四系覆蓋層中的擾動土層是地面塌陷害發生的地質原因。

多年的物探工作積累了較豐富的物性資料，歸納后得出如下規律：

第四系土層（Q）：具有最低電阻率，低介電常數，最低密度特征；

頁巖、泥巖（P）：具有低電阻率，低介電常數，低密度特征；

砂巖（K-E）、砂頁巖（S）：具有較低電阻率，較低介電常數，較低密度特征；

石英砂巖（D）、硅質巖（P）：具有最高電阻率，高介電常數，較高密度特征；

灰巖（T.P.C）：具有高電阻率，高介電常數，較高密度特征；

上述物性特征均是在致密塊狀賦存條件下（第四系除外）基巖所具有的物性特征。當然，基巖中所發育的巖溶裂隙帶和斷裂破碎帶都會產生相應的物性變異而呈現出低電阻率、低介電常數、低密度的物性特征。

應指出的是，位于鬧市的塌陷區一般工業游散電流及高壓線、地面（表）電性不均勻體，電氣設備等干擾因素復雜且相當強度；相對地震法而言，人文干擾震動也具相當強度。

工作中，只要物探方法選擇合適，技術措施得當，就有可能獲得目標（的）物的地球物理信息，為我們所識別。

3.物探方法技術應用特點

自上個世紀七十年代中南軋鋼廠地面塌陷物探工作之始至今，歷時三十多年的地面塌陷物探工作大致可劃分為三個階段。它們的推進反映了物探勘查技術的科技進步歷史。

第一階段：由于缺乏經驗，對地質-地球物理條件不明，方法選擇主觀因素居重；投入方法較單一，以重力，直流電測深為主；應用效果不明顯；

第二階段：資料積累有限，地質構造和物性條件認識欠全面深入，盡管開始注重綜合方法投入但方法應用針對性不強，方法效果得到了改進；

第三階段（現階段）：隨著查證工作的深入和認真總結，對地面塌陷產生的地質構造要件和機理有了新的認識，注重不斷應用新的物探方法技術，靈活地進行方法優選組合，經濟快速地獲取最佳探測效果。

近些年來，在發揮傳統方法功效的同時，也將一些新的方法陸續引入到武漢市地面塌陷災害勘測中來，諸如高密度電法、地質雷達、淺層地震層析成像技術、瞬變電磁測深（TEM）、EH-4（大地電磁測深）、可控源音頻大地電磁測深、核磁共振探水技術等。不少新方法取得了較好的探測效果，代表了災害物探發展的現代化進步。

此外，針對市區工況條件復雜，干擾強的特點，采用一些抗干擾技術，如直流電法的“軟接地”技術，基本可以克服水泥-瀝青路面的接地干擾；新電法儀器應用“陷波”技術，可使抗工頻電流干擾達800dB以上；淺震引進抗干擾軟件，可以較有效的壓制人文震源干擾等。

4.探測的地質效果

4.1地質填圖的探測效果

物探進行地質填圖主要是查明覆蓋條件下的基巖巖性和各種構造，巖性界面，褶皺與斷裂構造，地層產狀等。其中灰巖是填圖工作的基礎目標物。

2000年4月6日，武昌烽火村一帶發生較大規模地面塌陷，陷坑多達20余個。規模大者直徑達幾十米見方，最小者直徑僅1米。由于陷坑位于居民區，引起了社會關注和市政府的高度重視。為全面查清塌陷區地質構造特征，及時安排了物探綜合方法，開展地質填圖工作。經過方法試驗對比，方法試驗，主要有直流電測深、瞬變電磁法（TEM）、淺層地震、地質雷達等。認為直流電測深抗干擾能力較強，效果較直觀，成本較低，而被選中。

填圖工作中，直流電測深發揮了很好的功效，準確地區分了覆蓋條件下面K-E的沙巖與灰巖（T）的復雜接觸關系，呈犬牙交錯的格局。后經鉆探驗證，巖性判斷準確率達90%以上?；規r的高阻異常十分清晰，其“斷開”部位則指示了斷裂帶或巖性接觸界面；較有意義的是那種“階梯異?！保甘玖嘶規r頂板還覆蓋了一層厚度不大（數米至十余米）的粘土巖，后為鉆探成果證實。

4.2物探技術在地面塌陷中的應用效果和監測預警

近年來，在開展地面塌陷災害監測與預警工作，選擇了高密度電法+地質雷達+大地電磁測深（EH-4）的方法組合，目標十分明確；灰巖中發育的巖溶裂隙帶是目標（的）物，以高密度電法為主，探測深度40～50米；第四系中的“擾動土層”和洞穴是淺層目標（的）物，以地質雷達為主，探測深度約20m；大地電磁測深則主要研究中深部地質構造特征，提供地質背景信息。深部高阻異常范圍大且基本連續，為灰巖反映；在120點出現直立柱狀高阻異常，其兩側存在明顯的地阻變異。而在80點出現一處“懸膽”狀低阻圈閉異常，清晰地顯示了當年地面塌陷區土層擾動-回填洞穴的形態特征；大號點一側存在低阻凹陷，還伴生有中淺部位的低阻異常，指示了基巖中巖溶發育特征和第四系土層中的擾動現象。該區是地面塌陷的“敏感區”，依據局部低阻凹陷異常圈定了四處巖溶裂隙帶，并嘗試性地推斷了兩處土層擾動，供地質上參考。這些成果對監測預警項目提供了地球物理資料。

4.3治理效果的檢測

在陸家街地面塌陷治理中，運用地質雷達檢測第四系底部土層高壓水泥注漿密實度，效果較為理想。注漿密實部位反射信號增強，經彩色圖像處理后為紅色亮點密集區；反之，注漿密實程度差的部位則呈現暗灰色圖像特征，兩者差異一目了然，為評價注漿質量提供了較準確的依據。

3.4方法探測效果的小結

武漢市地面塌陷物探所投入的方法可以合為以下幾類：

（1）直流電法：電剖面，電測深，高密度電法。（2）電磁法：地質雷達、瞬變（TEM）、大地電磁測深（含可控源）。（3）淺震。（4）高精度重力。（5）高精度磁測。

直流電法中，電測深，高密度電法效果較好。相較而言，高密度精度更好一些，但推測深度有限；電測深可深可淺，施工條件受布線影響更大。

電磁法均具有更好的精度和橫向分辨力，由于觀測信號弱易受干擾影響。地質雷達淺層探測能力很強，但深度有限；大地電磁測深經濟成本較高，主要用于中深探測；瞬變電磁測深存在起始深度問題，淺表層信息往往會“損失”掉。

淺層地震效果較好，但成本稍高，且易受人文震動干擾，此外，對巖溶裂隙帶的空間形態推斷在相當程度上依賴解釋人員的經驗。

重力方法在陸家街塌陷陷坑上觀測到了清晰的重力低異常，方法是有效的，但工作周期較長，成本較高。

高精度磁測效果不明顯，這與目標物與圍巖的磁性差異小有關。

參考文獻：

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