地球物理联合探测在识别岩溶地面塌陷精细结构中的应用—以武汉市为例

岩溶地面塌陷是隐伏岩溶区典型的地质灾害类型之一,查明其精细地质结构对城市地下空间开发利用和地质灾害防治都具有重要意义。本文以武汉市为例,梳理了以覆盖层厚度与结构、岩溶发育程度和地下水为核心的岩溶塌陷探测地质要素特征,开展了三维高密度电阻率法、多源面波勘探和地面核磁共振方法等地球物理联合探测方法研究,结果表明：三维高密度电阻率法可用于圈定塌陷体边界;多源面波勘探对岩土体界面识别效果明显;地面核磁共振方法可量化地下含水量,划定含水层顶底板埋深,对岩溶发育程度和含水层孔隙度有一定指示作用;三种方法联合探测对提升岩溶塌陷体结构精细度具有重要意义。本文研究成果可为隐伏岩溶区地质结构精细探测方法选择提供参考。     

高密度电阻率成像法与微动谱比法探测岩溶区塌陷的地质背景——以广东省高要市蛟塘镇塱下村塌陷区为例

塌陷已成为岩溶区最主要的地质灾害。本文以广东省高要市蛟塘镇塱下村岩溶塌陷区为例,结合钻探资料,应用高密度电阻率成像法与微动谱比法联合探测塌陷区背景地质结构和构造。通过区内外14个已知钻孔旁的微动测量,建立了微动特征频率与覆盖层厚度的数学关系,并应用于塌陷区覆盖层厚度的估算。高密度电阻率成像反映出岩土电阻率在水平方向和垂直方向上的变化,揭示了地下地质结构;微动谱比法揭示了探测场地的基岩起伏形态,结合地层岩性推断了古河道的存在并确定了其边界及延伸方向,与高密度电阻率成像法联合进行地质解译,推断了基岩内断层发育的空间位置、走向等特征。综合该两类物探技术探测成果和钻探资料表明,塌陷位于古河道内,并沿古河道方向发育,其方向与区域北东向构造走向方位一致。     

平原区深层隐伏岩溶塌陷主控因子地球物理调查方法适用性分析

岩溶塌陷研究目前主要关注100 m以浅的浅部岩溶,埋深大于100 m的深层隐伏岩溶塌陷的研究较少,也未形成成熟的调查方法和标准。深埋岩溶区存在岩溶塌陷的风险,以往资料表明,断裂构造、覆盖层结构等对深埋岩溶塌陷具有重要控制作用。要评价深层隐伏岩溶塌陷的危险性,查明各主控因子的发育特征是前提条件。文章以北京平原区东部深层隐伏岩溶塌陷为例,分析对比了重力测量、电阻率测深、可控源音频大地电磁测深(CSAMT)、高密度电法及微动测量等5种方法在调查断裂构造、碳酸盐岩地层顶板破碎程度、覆盖层厚度以及覆盖层底部土层结构等4个主控因子的适用性。结果表明:在平原区调查深层隐伏岩溶塌陷主控因子,断裂构造特征建议选择重力测量法和CSAMT;碳酸盐岩地层顶板破碎程度以电阻率测深和CSAMT为好;适用于覆盖层厚度探测的方法为CSAMT、微动测量法和电阻率测深法;覆盖层底部土层结构的探测可优先选择微动测量法和电阻率测深法。     

地面核磁共振测深方法在武汉市岩溶地面塌陷探测中的应用研究

岩溶地面塌陷是隐伏岩溶区常见的地质灾害类型之一,是制约武汉市城市规划和建设的重大地质环境问题。地下水对岩溶地面塌陷的形成和发展发挥着至关重要的作用,地面核磁共振测深方法是目前唯一直接探测地下水的地球物理方法,对地下水探测具有独特优势。本文介绍了地面核磁共振测深方法在探测岩溶塌陷区地下含水层方面的潜力,并在武汉市岩溶塌陷区内外开展了探测实验,结果表明:地面核磁共振测深反演的含水量参数可辅助划定含水层顶底板埋深,确定含水层厚度,并量化含水层富水性特征;弛豫时间参数指示了含水层孔隙度大小,可为岩溶发育程度、岩溶裂隙充填情况等提供参考。结合钻孔资料,验证了地面核磁共振测深方法在岩溶塌陷区地下含水层探测中的可行性。      

基于高密度电法的城市岩溶地下水通道三维电性成像

岩溶地下水通道是隐伏岩溶区常见的地质现象,开展城市隐伏岩溶通道探测对城市地下空间开发和地质灾害防治具有重要意义。岩溶通道常具有高度的空间变异性,常规二维探测难以对其进行较好的表征。基于此,文章采用三维高密度电法对城市隐伏岩溶地下通道进行了精细探测,结合地球物理数值模拟和应用实例,分析三维高密度电法对不同充填类型岩溶地下通道的成像效果。结果表明：三维高密度电法较二维探测在数据量和分辨率上均有较大提升,可更直观地表征目标体三维电性结构特征,该探测方法对岩溶地下水通道成像具有优势;通过对武汉市源泉村岩溶地下水通道三维电性成像,揭示了该低温热泉的地下水运移特征,可为城市地热勘探开发提供参考。     

综合物探方法在广州市金沙洲岩溶地面塌陷、地面沉降地质灾害调查中的应用

综合运用跨孔地震CT、探地雷达、高密度电阻率法、浅层地震反射波、土壤氡浓度和波速测试6种物探方法,对广州市白云区金沙洲岩溶地面塌陷、地面沉降地质灾害进行探测,查明了该区的溶洞、土洞及构造破碎带的分布。介绍了各种方法技术,对综合物探成果进行总结,结合实例说明综合物探方法在该区的应用取得了显著效果,为地质灾害防治提供了基础地质资料。在广花盆地岩溶发育区,首次应用跨孔地震CT探测建筑物地下岩溶分布,为评价受岩溶地质灾害影响的建筑物安全提供依据。     

综合物探技术在武汉市江夏区大桥新区岩溶探测中的应用研究

武汉市主城区分布6条近东西向碳酸盐岩条带,各条带延伸至江夏区后都不同程度的加宽,致使江夏区碳酸盐岩近于全区分布。由于碳酸盐岩岩溶发育,近年来导致武汉市市政范围内发生十余起地面塌陷灾害。为查清武汉区岩溶分布,开展了岩溶探测技术方法研究。目前岩溶探测的方法较多,也有较多成功案例,但多以工程勘测为主,在城市范围内的岩溶探测实例较少。以武汉市江夏区大桥新区豹山还建小区为例,在分析该区岩溶发育地质特征的基础上,运用高密度电法、地质雷达法、超浅层瞬变电磁法、陆基声呐法、地震勘探法、井间CT等6种方法对岩溶发育地区进行了探测。通过对比不同技术方法探测岩溶效果发现:可控震源激发的横波探测效果较好,瞬变电磁技术对埋藏较浅的溶洞探测效果较准确,高密度电法对溶洞也有明显的反映。实例表明,在较复杂地质条件下采用多种技术方法综合探测,将会得到更准确的岩溶分布结果。     

应用浅层地震探测岩溶塌陷的技术研究

本文根据应用浅层地震在唐山探测岩溶塌陷的工作结果,研究了在隐伏岩溶发育区探测岩溶塌陷的技术路线,提出了提高地震勘探效果及地震分辨率的技术措施,分析了对地震时间剖面进行地质解释的技术。     

物探方法组合在岩溶区地面塌陷勘查中的应用

地面塌陷是岩溶发育区内常见且破坏性较强的地质灾害,针对地面塌陷的分布特征和自然因素开展浅层非侵入性综合地球物理勘查研究,可为后期灾害应急防治提供可靠的依据,对减少人民生命和财产的损失具有重要意义。这里将探地雷达和高密度电法结合起来研究工作区内溶洞的发育情况及充填状态,并评价其沉降与塌陷的风险。通过数据采集、资料处理、异常推断解释及钻探验证等研究过程,验证了探地雷达与高密度电法相结合在岩溶区地面塌陷勘查中的有效性,地质雷达探测方法操作简便、探测精度高,但探测深度有限,而高密度电法探测深度相对较大,但易受场地障碍物影响导致断面数据缺失,二者相结合起到了相互补充、相互验证的作用。     

地下溶洞调查物探技术探讨

本文依据岩溶区岩土体的物性差异,利用波阻抗和电阻率差异,对比分析了高密度电法、瞬变电磁法、地质雷达法等几种物探方法,最终确定了高密度电法、地震映像法及声波测井和钻孔CT法等地表和地下物探手段相结合的方法来探测岩溶分布与发育情况。     

利用综合物探方法探测地下水流通道

尽管充电法需要充电点,但对已知进口或出口的浅埋藏地下水流通道,追踪其走向,该法具有简单、直观、快速的优点.自然电位法对隐伏的地下流体表现突出,但干扰异常多,不易分辨.充电法和自然电位法均可对异常进行定性判断,但不能很好确定地下水流通道的空间分布特征.高密度电法可获得近地表较为精细的空间电性分布.对断层控制下形成的地下水流通道,宜采用浅层地震反射法.当场地受限,探测深度大,需要精细探测时,可采用跨孔电磁波透视.但高密度电法、浅层地震反射法、跨孔电磁波透视法不能对异常进行定性判断.结合探测实例,考虑不同的地质条件和探测成本,对如何选择最佳的组合方法来探测地下水流通道,确定异常性质及其空间分布特征进行了探讨.     

地面岩溶塌陷的高分辨地震勘查

地面岩溶塌陷是地质灾害主要灾种,由于其突发性,对人类的生产和生活造成威胁。浅层高分辨地震技术可以查明形成塌陷的基岩地质条件,特别是横波反射法可以查明覆盖层中地下水作用形成的潜蚀带或土洞等覆盖层地质条件。勘查洞穴是岩溶塌陷地震勘查方法面临的特殊问题,为了解土洞、溶洞形成的地震反射信号特征,专门进行二维固体超声波模型试验。唐山市岩溶塌陷勘查实例表明,高分辨地震技术可探明基岩埋深、断层、破碎带及覆盖层潜蚀扰动区,为防冶工程设计提供地质背景资料。     

综合物探在北京地区岩溶塌陷勘查中的应用

北京市海淀区四季青镇香山村普安店在近几年中发生了多起地面塌陷灾害,给当地村民的生命和财产安全造成严重威胁。要查明地面塌陷灾害的成因,必须先要寻找地下隐伏的空洞。在勘查工作区内,采用高密度电阻率法、孔间电磁波CT法相结合的综合物探手段,成功探测出两处地下空洞,经钻探验证为岩溶发育所致。综合研究分析认为:工作区内下伏基岩为灰岩,属于可溶性碳酸盐类岩石;地下水在基岩面附近,且基岩面的高低变化大,在漫长的潜蚀过程中将土中物质带入溶洞中,在上覆粘性土层中形成"土洞",一旦塌陷至地表,就有可能成为灾害。     

重庆市中梁山地区隐伏塌陷特征及物探勘测的思路

为查明隐伏塌陷区域,分析重庆市中梁山地区岩溶塌陷的特征,发现塌陷主要发生在以岩溶裂隙发育为主的松散粉质黏土区域;地震映像法能方便、快速地查清土层的松散状态,而高密度电阻率法通过正演模拟发现只能探测出2～3倍电极距的异常范围,但能反映出岩溶裂隙发育的漏斗形态,即只要能找出岩溶裂隙的大致位置和浅表松散土层的范围就能圈定隐伏塌陷的区域。对中梁山地区某居民点进行野外勘测,综合以上两种方法圈定隐伏塌陷区域,其推断结果与钻探资料十分吻合,说明这种隐伏岩溶探测思路是可行的。      

泰安市城区地下空间开发与环境地质影响关系分析

通过对泰安市城区地质环境条件的深入分析,系统阐述了泰安市城市地下空间开发与地质环境因素之间的相互影响关系,一方面城市地下空间开发受到地表水、地下水水位、水质及岩溶塌陷地质灾害等地质环境因素的制约,而地下空间开发建设又反过来影响和改变着城区地下水环境、土壤环境,并有可能提高城区岩溶塌陷发生的机率,因此建议有关部门在规划建设城市地下空间的同时要加强地质环境保护。     

综合物探法在柳州泗角村岩溶塌陷区调查中的应用

岩溶塌陷往往具有不确定性,隐蔽性及突发性。基于岩溶塌陷的上述特点,文章选取高密度电法、主动源面波法、微动法对泗角村岩溶塌陷区进行综合研究,结果表明:高密度电法能较好地的区分岩土层界面及划分岩溶发育带,但分辨率较低;主动源面波法能较好划分岩土层界面且分辨率较高,但探测深度浅;微动法能较精准地确定岩溶塌陷位置,但抗干扰能力较弱;高密度电法、主动源面波法及微动法结合才能有效查明塌陷区内岩土层结构、确定岩溶发育带位置,并预测划分出塌陷危险区、塌陷潜伏区和相对稳定区,为后续灾害治理工作确定具体范围,给治理施工设计提供科学依据;另外,通过对高密度电法、主动源面波法及微动法解译异常特征的分析,查明了塌陷区塌陷的形成和机井的长年抽水有关。     

岩溶地下工程地质环境影响区范围划定初步研究

在大量建设城市地下轨道交通及城市更新工程的背景之下,我国城市岩溶地质灾害日趋严重。文章以深圳市3个岩溶地面塌陷事件为例,开展岩溶地下工程地质环境影响区的划定研究。首先运用高频岩溶地下水气压力监测技术对工程影响实际范围进行监测分析,然后结合工程施工参数、岩溶塌陷主要影响因素与水文地质试验参数,采用定性分析和量化计算的综合研究方法,推导出岩溶地下工程地质环境影响范围理论计算经验公式。结果表明:岩溶地下工程影响范围主要与渗透系数、工程深度成正比,与土层厚度成反比,推导的半定量理论公式适用于岩溶承压水条件下,可快速为缺乏地下水监测资料的岩溶地区地下工程安全建设及城市防灾减灾工作提供依据。      

广州市白云区夏茅村岩溶地面塌陷特征及致灾因素和风险分析

广州市白云区夏茅村岩溶塌陷地质灾害严重,塌陷区内地质环境条件极其复杂,隐伏灰岩岩溶土洞发育强烈,溶洞、土洞规模较大,且发育多层溶洞,溶洞间相互连通,岩溶塌陷区基岩面起伏较大,高程变化剧烈,第四系覆盖层厚度较大,底部粉质黏土层土洞发育,土体中规模巨大的土洞是产生岩溶地面塌陷的基础条件。基岩断裂构造带及其影响带范围内,岩石破碎,形成导水断层,存在地下水迳流通道,沿断裂带地下水循环活跃,溶蚀强烈,形成岩溶强发育带,为岩溶塌陷的发生提供了良好的动力条件。区内楼房基础施工扰动了地下水和土洞间的平衡状态从而成为了地面塌陷发生的诱发因素。运用7项地质环境条件指标和5项经济人口指标分别定性评估岩溶地面塌陷的易发度和易损度,并将二者叠加进行地质灾害风险评估。研究结果表明,夏茅村潜在地质灾害风险大,只有严格控制地下水动力条件,才能避免再次发生岩溶地面塌陷。