地微動探測技術在山體滑坡勘查中的應用

馮 寧

（山東省地礦工程集團有限公司，山東 濟南 250011）

0 引言

隨著經濟的發展，我國的山體治理面積不斷擴大。但頻發的各類地質災害，也在一定程度上制約國家建設的發展。如何準確地對地質災害進行預測和防治，成為事關民生的重要課題。地震勘探技術能夠獲取地下巖土體結構的一維、二維或三維的波速度剖面，從而對場地效應進行評價，在很大程度上減輕了地質災害災害帶來的損害。該文以山體滑坡災后的應急勘查工程為例，采用地微動探測技術查明地層結構和巖性界限，為進一步確定滑坡體范圍提供依據，以期為山體滑坡治理提供參考。

1 微動勘探方法

微動是指地球表層的微弱震動。微動探測技術是指利用背景噪聲或者微震對地層結構進行探測的地質勘查手段。根據理論的不同，微動探測方法也有相應的區分。例如H/V 單點譜比法和天然源面波勘探法。前者首先獲取某個測點的微動水平分量與豎向分量，然后計算傅里葉振幅譜比值，從而簡略地對勘測區的場地進行估計；后者的基本依據是在層狀介質中，由天然震源產生的瑞利面波所具備的頻散特性，其主要的應用方法是空間自相關法，經過技術的發展，逐漸被擴展的空間自相關法所取代[1]。

由于天然源面波法具有較高的分辨率，不僅能夠準確地探測地下水和土層巖性發生變化的分界層，還能夠以排列范圍為依據，確定地層的探測深度，而H/V 單點譜比法的探測深度具有局限性且無法確定所探測的具體深度[2]。因此，本次勘查選擇天然源面波法作為地質勘探手段。

2 項目概況

2.1 工作區概況

工作區及周邊地表自下而上出露的地層如下：1）饅頭組，巖性為淺海相的灰巖、泥質灰巖和紫紅色粉砂巖，夾雜著少量的生物碎屑灰巖透鏡體。2）張夏組，巖性以灰色厚層鮞狀灰巖、豹斑灰巖、結晶灰巖為主。3）崮山組，巖性以灰色薄層竹葉狀灰巖和黃綠色頁巖夾灰巖透鏡體互層為主。4）炒米店組，巖性以竹葉狀灰巖和渦卷狀迭層石石灰巖為主。5）三山子組，巖性以白云巖、含燧石結核白云巖為主。6）東黃山組，巖性以灰色白云質灰巖、白云巖為主，夾雜少量的角礫狀白云。7）北庵莊組，巖性以灰巖為主，夾雜少量白云巖。

2.2 觀測儀器設備和技術參數

現階段，國內外的相關研究在進行微動面波勘探時，多采用節點式地震儀。其中，SmartSolo 系列高保真高靈敏度節點式地震儀IGU-16HR 應用廣泛，該儀器具備DTSOLO 系列地震傳感器，靈敏度高，在單點接收方面的優勢突出，得到勘探行業共同的認可。

在進行微動面波外業數據采集的過程中，首先要根據任務要求，對不同的探測區和震源環境進行有效性試驗，從而確定臺陣布設方式、排列間距、觀測時長等關鍵參數[3]。本次微動數據采集采用30 min 觀測時長、3 m道間距的線型臺陣。

2.3 地球物理特征

在巖性波速特征方面，灰巖的橫波速度為0.8km/s~1.6km/s。其中，風化、破碎灰巖的橫波速度一般為0.8km/s~1.1km/s；未風化、完整灰巖的橫波速度一般為1.2km/s~1.6km/s，二者速度差異接近500m/s。受斷裂構造的影響，當巖石處于不完整狀態時，通常會表現為低波速場特征。因此，可以根據等值線的變化，對地質情況進行劃分[4]。

2.4 物探剖面布置

本次地面物探工作采用微動探測方法，共計實測微動測線3條，編號為1-1'線、2-2'線和3-3'線，以垂直滑坡面的方向進行布置，控制剖面長度為957 m，點距3 m，完成物理點322 點。其中，1-1'線長度為270 m，2-2'線長度360 m，3-3＇線長度327 m。

3 數據處理

微動單點探測數據處理過程可分為3 個部分：1）從時序數據中提取瑞雷波，獲得其相速度頻散曲線。2）對頻散曲線進行反演獲得地下橫波速度結構。3）結合當地的地質背景對橫波速度結構進行地質解釋。

微動剖面探測數據處理過程可分為4 個部分：1）采用剖面臺陣布置方式采集微動信號。2）從各測點記錄中提取瑞雷波頻散曲線，然后繪制相速度等值線圖。3）計算視S波速度，然后進行插值光滑計算。4）獲得二維視S 波速度剖面，進而直觀地反映地層變化。二維視S 波速度剖面也是地質解釋的基本依據。

4 物探解譯

在進行物探解譯的過程中，視橫波速度斷面圖是主要的定性圖件。由于地質體會受到作用力破碎、泥質充填、充水地帶等方面的影響，會導致視橫波速度斷面圖上出現定向延深的低速帶或等值線梯級帶、等值線呈“U”字型或“V”字型低速區等現象[5]。

4.1 1-1'線物探測量

1-1'線以南東方向垂直滑坡面布置，長度270 m。根據地質資料和野外調查結果，探測區出露的巖性符合北庵莊組的特點，具有中厚層灰巖夾蟲跡、云斑灰巖和薄層白云巖。如圖1 所示，1-1＇線剖面視橫波波速斷面圖橫向45m 以前穿過建筑工地，巖石沒有出露。斷面圖橫向48 m~123 m，高程位置為165 m~200 m，視橫波波速在1000 m/s 以下，表現為低速傳播。根據灰巖中橫波波速物性特征，這段距離的巖性表現為破碎，推測其為滑坡體。其滑動面及軟弱結構帶位置如圖1 所示。在斷面圖橫向上230 m 以后，出現波速等值線由密到疏的變化，推測為斷裂反映。

圖1 1-1＇線微動測量視橫波速度綜合斷面圖

4.2 2-2'線物探測量

2-2'線以南東方向垂直滑坡面布置，長度360 m。根據地質資料和野外調查結果，探測區出露的巖性符合北庵莊組的特點，具有中厚層灰巖夾蟲跡、云斑灰巖及薄層白云巖。如圖2 所示，在2-2＇線剖面視橫波波速斷面圖橫向上60 m 以前，恰好穿過探測區建筑工地，巖石沒有出露。斷面圖橫向42 m~-147 m，高程位置是162 m~216 m，視橫波波速在1000 m/s 以下，表現為低速傳播。根據灰巖中橫波波速物性特征，這段距離的巖性表現為破碎，推測其為滑坡體。其滑動面及軟弱結構帶位置如圖2 所示。在斷面圖橫向240 m 以后，出現波速等值線由密到疏變化，推測為斷裂反映。

圖2 2-2＇線微動測量視橫波速度綜合斷面圖

4.3 3-3＇線物探測量

3-3＇線以南東方向垂直滑坡面布置，長度327 m。如圖3 所示，3-3＇線剖面視橫波波速斷面圖橫向上24 m~126m，高程位置為162 m~206 m。視橫波波速在1000 m/s 以下，表現為低速傳播，根據灰巖中橫波波速物性特征，這段距離的巖性表現為破碎，推測其為滑坡體。其滑動面及軟弱結構帶位置如圖3 所示。在斷面圖橫向210 m 以后，波速等值線由密到疏變化，推測為斷裂反映。

圖3 3-3＇線微動測量視橫波速度綜合斷面圖

5 結論

地微動探測技術以天然源微動為基礎，具有分辨率高、抗干擾能力強的技術優勢，能夠在山體滑坡災害的預測與防治過程中發揮巨大的作用。該文結合山體滑坡災后的應急勘查工程，探討了地微動技術在滑坡勘查中的應用。結果表明以下3 點：1）工作區大部分可見基巖出露，巖性為北庵莊組灰巖。2）根據微動測量結果，剖面顯示低波速區與現場滑坡情況較吻合，探測區軟弱結構帶在微動剖面上的位置為1-1'線123 m、2-2'線150 m、3-3'線126 m 處的低波速區。3）根據微動測量測量結果，推測工作區存在斷裂1條，編號為F1，在微動剖面上的位置為1-1'線230m~270m、2-2＇線240m~360m、3-3＇線210m~312m處的低波速區。

該文探測結果與鉆探結果較為吻合，說明地微動探測技術是一種適用于滑坡體地質災害調查的物探技術，技術優勢顯著。在研究時，建議在物探異常的地方設置一定數量的鉆孔，從而進一步檢驗物探測量的準確性，以便于后續工作的順利開展。