淺層地震及高密度電法在城市地質中的應用

趙立波，楊吉武，黃書華

（廣東省地質調查院，廣東廣州 510000）

橫波反射波法屬于地震勘探反射波法的一種，由于它較縱波反射波法具有更高的淺部分辨率。因此，近年來城市地質調查中地球物理勘探采用橫波反射波法對第四紀層位的劃分、確定隱伏斷裂可能存在的位置以及基巖起伏面的變化應用較多，并取得較好的勘探效果[1-7]。高密度電法在水利水電工程、環境工程地質、工程地質勘察、城市工程勘察等應用廣泛[8-11]。本文以廣州增城某場地為例，采用橫波反射法和高密度電法對調查區進行勘探，討論兩種方法在城市地質調查中的應用效果，并提供了該地區的地球物理基礎性資料，為以后城市建設提供了參考。

1 工作區位置及地形特征

廣州市增城區位于珠三角經濟圈核心位置，位于廣州市東部、惠州市西北部區域。工作區地處亞熱帶沿海，北回歸線從中南部穿過，屬海洋性亞熱帶季風氣候。地表水體屬于珠江水系中的東江支流的增江水系，具有暴漲暴落的特征。

工作區屬于丘陵地貌和三角洲平原地貌，地勢北高南低，背山面海，最高峰為北部的天堂頂（海拔1210m）；北部為中低山地，有南昆山自然保護區；中部是丘陵地區，南部為沿海沖積平原，為珠江三角洲的組成部分。珠江及其眾多支流貫穿整個廣州。

2 工作區地質地球物理特征

工作區地處珠江三角洲東部，離海較遠，地表出露的前第四紀地層受巖漿活動及第四系覆蓋影響，分布面積較小，地層出露有中—新元古界、泥盆—石炭系、三疊系、白堊系和古近系。第四紀主要位于東莞盆地，地貌上屬于沖積平原，為河流相沉積，局部為三角洲相沉積；主要分為晚更新世禮樂組（Qpl）、小市組（Qpxs）、全新世桂洲組（Qhg）、大灣鎮組（Qhdw）4 個組級單位和一個非正式地層單位——人工填土（Qs）；另外在北部增城一帶也有少量分布，基本為山間河流兩岸的沉積。第四紀沉積物物質組成復雜，橫、縱向相變快，沉積厚度變化大。

研究區處于中國東南沿海大陸邊緣，基底構造形跡較復雜，地層發育不完善，巖漿活動強烈，構造變形作用較強，變形的類型有褶皺構造、韌性剪切帶、脆性斷層及斷陷盆地。其中，斷裂構造為調查區主導的構造類型，它們相互切割、復合，形成了調查區的基本構造格架。主干斷裂帶的展布形態和運動方式，主導著區內地形地貌塑造、巖漿活動和沉積作用等多種地質作用。

根據現場調查和已有資料顯示主要巖土層為人工填土、粉質粘土和不同風化程度的花崗混合巖。粉質粘土以上地層，視電阻率在10～300Ω·m（部分公路路基淺地表為高阻層）；下伏基巖為高阻層，視電阻率在500～300Ω·m；基巖破碎帶或含水體為低阻層，視電阻率在10～100Ω·m。從地層電性特征方面來分析，場地具備開展電法勘探的地球物理前提。工作區內第四系覆蓋層與基巖之間的波速及密度具有明顯的差異，兩層之間有明顯的波組抗差異，基巖頂界面為良好的反射界面。因此，場地也具備開展淺層地震反射波法進行地質勘察的地球物理條件。

3 工作方法及處理技術

3.1 淺層地震勘探

野外施工采用德國DMT 公司的SummitⅡplus 高分辨率數字地震儀，28Hz橫波檢波器。根據勘查目的和實際地震地質與環境條件，合理選擇野外觀測系統及相應的采集參數，是獲得高質量野外數據的關鍵。數據采集中的各參數選取以及激發和接收方式等有著很大的聯系，諸多因素因地而異，并無統一標準，因而生產前的試驗工作必不可少。正式施工之前進行了道一致性檢查和儀器檢查等工作，以確保數據采集系統工作正常和確定適合的采集參數。

本次完成橫波展開排列1 個。中間炮點激發，1m道間距，120 道接收，濾波通帶為全通，采樣間隔為0.25ms，記錄長度1024ms，展開排列見圖1。從試驗結果中可以確定，采用中間放炮的方式更有利于接收橫波反射信號，不僅可以避開淺層折射波的影響，而且可以有效提高淺層信號的實際覆蓋次數。

根據試驗結果，施工參數如表1所示。

表1 采集參數及技術指標

3.2 高密度電法

高密度電法儀采用重慶頂峰及精凡科技儀器廠生產的EDDJ-1A高密度電法測量系統，采用溫納裝置進行數據采集。溫納裝置的電極排列規律是：A、M、N、B（其中A、B是供電電極，M、N是測量電極），AM=MN=NB為一個電極間距，隨著間隔系數n由n（MIN）逐漸增大到n（MAX），四個電極之間的間距也均勻拉開。該裝置適用于固定斷面掃描測量，其特點是測量斷面為倒梯形。

野外采集參數如下：最小隔離系數為n=1，最大隔離系數n=20，供電時間2s，最大AO=BO=152.5m，最小AO=BO=7.5m，MN=5.0～90m，物理點距5.0m。

3.3 數據處理

資料處理工作是解釋工作的基礎，其處理質量直接關系到解釋成果精度，因此，資料處理工作是一項研究性、目的性、服務性很強的工作。為確保資料處理的高質量，本次資料處理嚴格采用一系列的高保真、高分辨率的處理方法，優選處理模塊，精選處理參數，力求得到最優的地震資料。處理過程中，進行細致的預處理工作，刪除不正常的道記錄、炮記錄，校正反極性的記錄道。處理內容主要包括：解編、編輯、速度分析、動校正、自動剩余靜校正、各種濾波和淺層弱信號的增強等。

在地震資料處理中，為選取最佳的處理參數，在正式剖面處理前進行參數分析處理是十分必要的。參數分析處理有利于選擇最佳的處理參數、模塊和處理流程。

橫波反射的處理流程為：解編→預處理→球面擴散補償→疊前濾波→道間平衡→抽CDP 道集→速度分析→動校正→自動剩余靜校→疊加→疊后濾波→修飾處理→AGC→剖面打印→初步解釋→時間剖面輸出。

高密度電法資料處理的主要流程如下：

解編→預處理→反演→ρs等值線斷面圖輸出→初步解釋→剖面圖輸出。

原始數據采集后進行復核，解編采用隨儀器配套的電法數據處理與轉換程序。預處理主要是數據畸變點剔除。

4 資料解釋

4.1 地震解譯

圖2 為DZ01 橫波反射時間深度剖面圖，從圖2 中可明顯看出有一個反射波振幅較強的波組，雙程時間150～200ms 之間。結合地質資料及鉆孔資料，劃定反射波T0 界面為第四紀底界面產生的反射波。從上往下分別是人工填土、粉質粘土和風化程度不同的花崗混合巖。該反射層在橫向上有起伏變化，但相對較平緩，但連續性較好。

DZ01-2剖面上圈定斷裂F1處（圖2），在樁號120m處，T0 同相軸出現一處明顯的向下凹陷的現象，并且伴隨有反射波波組錯亂的現象，結合地質構造地表走向，推斷樁號120m 處同相軸出現的異常為構造所致，推斷F1斷裂。結合ZCXSW02 號鉆孔資料，F1斷裂為真實存在斷裂。

4.2 高密度解譯

高密度電法資料采用不同的電阻率，形成電阻率斷面圖，根據物探斷面圖進行地質解釋。一般淺部為相對低阻區，路基段淺部為高阻，中部為相對高阻區，深部為高阻區。一般情況下，淺部低阻層可解釋為第四系覆蓋層，中部為基巖風化殘積土及全強風化基巖，深部高阻層解釋為中、微風化基巖，但調查區受地表公路路基影響，淺部分層解釋存在一定的難度，解釋過程中宜結合少量鉆孔進行綜合分析。如圖3所示，本次物探測線視電阻率反演斷面圖分析可知：

（1）測區內視電阻率單支曲線形態主要為“H”型和“A”型。

（2）根據區內地質特點，覆蓋層人工填土（特別是混凝土路面）表現為相對高阻，粉質粘土、砂層表現為相對低阻，中（微）風化基巖區表現為相對高阻。

（3）測線范圍存在下凹漏斗狀低阻體，測點1200～1300左右，有一下凹漏斗狀的相對低阻異常，推斷可能為相對較深的風化槽引起的異常。測點1390～1580左右，有一下凹漏斗狀的相對低阻異常，推斷為斷層破碎帶或含水體引起的低阻異常，推測視傾向為北，傾角25°～35°，可能的發育深度20～70m。測點1800～1850左右，有一下凹漏斗狀的相對低阻異常，推斷為斷層破碎帶或含水體引起的低阻異常，推測視傾向為南，傾角35°～70°，可能的發育深度25～40m。測點2150～2210左右，有一下凹漏斗狀的相對低阻異常，推斷為斷層破碎帶或含水體引起的低阻異常，推測視傾向為南，傾角35°～70°，可能的發育深度25～70m。

（4）在深部方向上，高阻的起伏形態大致反映了基巖起伏形態。

5 結論

通過本次地震勘探，得到了基巖面起伏形態以及該測線的第四紀厚度，共發現斷裂異常1個。通過鉆孔驗證，證明了斷裂真實存在。

根據高密度電法成果，共圈定了3 處異常帶，物探推斷為斷層破碎帶或含水體，分別為：

（1）點號1390～1580范圍，視傾向為北，傾角25°～35°，發育深度20～70m；

（2）點號1800～1850范圍，視傾向為南，傾角35°～70°，發育深度25～40m；

（3）點號2150～2210范圍，視傾向為南，傾角35°～70°，可能的發育深度25～70m。

根據以上物探結果，說明這兩種方法在城市地質調查中具有良好的應用效果。