综合物探方法在地面塌陷探测中的应用研究

吴灿灿，杨 光

（1.宿州学院资源与土木工程学院，安徽宿州234000；2.安徽省煤矿勘探工程技术研究中心，安徽宿州234000；3.江苏省地质勘查技术院，南京210000）

0 引言

地面塌陷是一种地表浅层岩土体向下塌落形成塌陷坑的地质现象，可在松散土层、基岩或两者共同发育的地方发生，是一种破坏性较强的地质灾害[1-3]。能够威胁到城镇建筑的安全，以及损坏公路、铁路、水库等工程设施，给人民的生活带来较大影响。因此，为了减小或避免路面塌陷所带来的破坏，需要对其进行探测研究，从而掌握地面塌陷的分布规律以及发展趋势，为灾害防治提供一定的科学依据。

近年来，对于地面塌陷探测的研究很多，探测方法也一直在发展，从直观但工作量繁琐的钻探方法到方便快捷的地球物理探测方法[4-7]。在地面塌陷探测中大多都采用单一的地球物理探测方法，如高密度电法、探地雷达法、地震映像法等。然而单一的地球物理探测方法具有一定的主关性，容易出现多解现象，在解决勘探问题时存在弊端。基于此，可以适当选取多种地球物理探测方法进行相互配合验证，增强探测结果解释的准确性[8-10]。综合考虑物探方法的优缺点、地面塌陷的特性、工作的复杂程度等因素，本文优选出地质雷达和地震映像两种探测方法，对地面塌陷进行了实际探测应用研究。

1 方法原理

1.1 地震映像

地震映像法是基于常规地震反射波法中的最佳偏移距技术发展起来的一种浅层地震勘探方法[4,6,11]。通过选择合适的偏移距来突出有效波压制干扰波（在地震映像技术操作中多采用小偏移距或等偏移距），激发点与接收点间的距离保持不变，震源每激发一次，检波器记录一道，沿测线不断移动激发点及接收点，可获得一条最佳偏移距地震反射时间剖面，然后通过计算机对地震反射时间剖面进行数据处理解释,可获得地层界面的深度。具有探测深度大、抗干扰能力强、施工简便、剖面显示直观等优点。工作原理如图1所示。

图1 地震映像工作原理、单道波形图以及成果图

1.2 地质雷达

地质雷达是通过发射天线发射高频电磁波，接收天线接收电性差异大的介质反射的波。对接收的电磁波进行分析处理，依据波形、强度、几何形态等因素，来确定地下目标体的性质和状态。具有探测速度快、采集数据量大、定位准确、操作灵活、勘探精度高、可实现连续透视扫描以及二维彩色图像实时显示等独特的优点[12]。

探测区域位于某市柳州东路，现场发生较严重的路面塌陷，地表可见沉降裂缝，存在较大安全隐患。为详细准确查明其原因，运用了地质雷达和地震映像方法进行了探测研究。

地质雷达方法采用了美国SIR-30E型地质雷达及其100MHz屏蔽天线探测。观测方式采用沿点测，叠加次数为120次。地震映像法采用美国GEODE二十四道地震仪，国产CDJ-Z38型检波器。具有探测参数为：叩板法锤击震源，1道检波器，偏移距：2m，炮点距：0.5m，记录长度：200ms，采样周期：125ns。

根据塌陷区位置和场地条件，共布置9条地震映像测线，测线编号为L1～L9，L1～L7为东西向测线，测线均以最东端为起点（0m）、最西端为终点（30m），其中L3、L4紧邻绿化带布设。L8～L9为南北向测线，测线均以最南端为起点（0m）、最北端为终点（24m），其中L8紧邻路面塌陷边缘布设（起点位于中央绿化带边缘）；13条地质雷达测线，地质雷达测线编号为L1～L5、L6-1、L6-2、L7～L9、L8-1、L11、L12；其中L1～L5、L7～L9为地震映像和地质雷达重合测线，L6为单独地震映像测线，L6-1、L6-2、L8-1、L11、L12为单独地质雷达测线。具体测线布置见图2。

图2 地质雷达及地震映像测线布置示意图

2.2 地震映像探测结果

L1、L2、L3为东西向测线，测线位于绿化带外缘（慢车道内）。图3为地震映像测线L1、L2、L3探测成果，L1、L2测线相距 1.6m，L2、L3测线相距1.0m，长度均为30m，点距0.5m；方形区域地震波形同相轴下凹、或局部错断，应为泥沙扰动区；椭圆形所圈范围地震同相轴弯曲，推测为泥沙流失，甚至局部脱空引起的异常。

图3 地震映像测线L1、L2、L3探测成果

L4、L5、L6、L7为东西向测线，测线位于绿化带内缘（柳州东路快车道内），图4为地震映像测线L4、L5、L6、L7探测成果，图中方形区域推测为泥沙扰动区；椭圆形区域为泥沙流失，甚至局部脱空引起的异常。这4条测线尾端浅部均出现异常，推测为路基与垫板交接位置回填不均所导致。

图5为地震映像测线L8、L9探测成果，由于地下存在雨污管线等，对于锤击震源激发的弹性波能量的传播与接收带来了一定的干扰，但依然能见泥沙扰动和泥沙流失甚至局部脱空引起的异常，分别见图中所圈的位置。

2.3 地质雷达探测结果

本次探测采用的是100Mhz屏蔽天线，探测深度较浅，最大探测深度约5～10m。地质雷达波形图左侧坐标为通过雷达波双程走时计算出的深度。

图4 地震映像测线L4、L5、L6、L7探测成果

图5 地震映像测线L8、L9探测成果

图6为L1～L4探测成果，所圈黑色区域推测为富水松散区，L2尾部的富水松散区下方为电力干扰区。图7为地质雷达屏蔽天线所测L5、L6-1探测成果，可以看出L5、L6-1测线地下3米左右均有一定电力干扰。在测线前段地下1～2m处有较强多次反射干扰（L6-1方框所圈位置），推测为钢筋结构形成的板状异常体。

图6 地质雷达测线L1～L4探测成果

2.4 探测成果

本次通过地震映像和地质雷达两种探测方法，圈出了泥沙扰动区和泥沙流失区，为后期加固处理，提供了地球物理依据，其成果平面图见图8。

3 结论

通过对柳州东路路面塌陷进行探测，得出以下结论与建议：

1)通过选用地质雷达、地震映像两种物探方法进行综合勘察，对异常区的判定取得了较好效果。

2)在本次探测中，地质雷达受到电力线干扰较大，只在浅部富水松散区反映较好。

图7 地质雷达测线L5、L6-1探测成果

图8 探测成果平面图

3)根据地震映像与地质雷达探测成果，圈出了泥沙流失区、泥沙扰动区、及富水松散区。对于泥沙流失区，建议及时采取加固处理措施，以免泥沙流失区范围扩大，引起更大面积的地面塌陷。