综合物探技术在地质灾害隐患排查中的应用

莫子奋

（江西省核工业地质局二六五大队，江西 鹰潭 335001）

地质灾害是自然灾害的主要类型之一，常见灾害有斜坡岩土体地质灾害(崩塌、滑坡、泥石流)，地面变形地质灾害(地面沉降、地面塌陷、地裂缝)等类型。由于人类活动加剧了地质环境的恶化速度，从而引发自然灾害，其所造成的间接损失是无法估算的[1]。因此，本文依靠现代科学技术，全面、系统、深入地开展地质灾害调查，以此保护人民的生命财产安全，降低地质灾害的损失，对实现社会、经济的持续发展具有非常重要的意义。

地球物理探测方法（物探方法）是一种高效、无损伤的勘察方法，在地质调查、资源勘查中已经取得了显著的成果。因此，随着仪器精度的提高和理论的成熟，物探方法逐步在工程勘察中得到应用。岩溶发育区的地球物理特征能够产生物性异常，是物探方法应用的前提条件[2]。

目前在国内，地球物理方法主要应用在地质灾害发生后，以应急、营救等形式出现在地质灾害现场，排查是否仍然存在地质隐患，该应用缺乏超前性、系统性，未达到预报排查的效果，而且利用物探方法排查地质灾害时，缺少利用综合性方法的一致性解决物探方法的多解性。

近年来江西省安福县横龙镇院塘村多处地方发生房屋倒塌、开裂，地面塌陷、地面开裂等地质灾害。威胁到该村的人民财产安全，为了了解该地区地质灾害隐患的危害程度及该地区内溶洞、岩溶构造分布情况和分布范围，故在该地区开展物探勘查工作。

1 概况

工作区位于江西省安福县横龙镇院塘村，隐患排查面积约0.9km2。主要工作量为高密度电法90条线，点距为3m，音频大地电磁测深301点，点距20m。音频大地电磁测深点与部分高密度点重叠。测线覆盖整个区域，能够摸清该地区的地下岩溶分布情况。

2 工作区地质、地球物理特征

工作区主要分布有第四系(Q4)、石炭系横龙组（C2h）。第四系上部为棕红色粘土、粉质粘土；中下部为砾石、砂卵石层为主，局部夹湖沼相灰～灰黄色粘土及泥炭层 。横龙组岩性主要有灰、灰白色、浅灰色厚层状白云岩、白云质灰岩、灰白带肉红色灰岩。地面塌陷、地面沉降的形成与岩溶发育、构造破碎带和人类活动及地下水活动有关。

工作区内第四系（Q）岩性以粘土、砂质粘土为主，在含水的情况下，粘土、粉质粘土为低电阻率层，电阻率为几～十几欧姆·米。石炭系横龙组（C2h） 岩性以灰岩为主，灰岩的电阻率很高，从几百到几千欧姆·米，甚至更高。当灰岩中有溶洞并被水、或含水的粘土、砾石等填充时，其电阻率会明显下降，未充填的溶洞呈高阻，由于岩溶裂隙形成的含水带呈低阻等特征，均为电法探测溶洞提供了物性条件。

3 方法技术选择

利用物探方法排查地质灾害隐患有多种方法，如：高密度电法、探地雷达、土壤氡浓度扫面、夸孔地震CT和线层地震发射波等。其中高密度电阻率法最为常见，并且应用效果明显，具备便捷、经济的特点。但是受探测深度的限制，对深部的地质信息探测有限，存在次生隐患，往往地质灾害发生在次生隐患部。音频大地电磁测深法，在隧道工程应用较广，有效的探测出深部裂隙带的分布情况，但是灾害排查中应用较少。

本文通过高密度电阻率法和音频大地电磁测深综合物探方法进行地质灾害隐患排，查清浅部隐患，排查深部次生隐患。利用高密度电法进行扫面，选择地质和物探成果筛选的重点地段进行音频大地电磁测深。

4 方法原理

4.1 音频大地电磁测深

EH4连续电导率剖面仪是一种特殊的大地电磁测深（MT）仪器，既可以接收天然场源的大地电磁信号，又可以接收人工场源的电磁信号，并且接收的频率高于MT仪器采集的频率，其主要用于金属矿、地热田、埋藏浅的油气田、水文、工程、环境等领域的浅层勘探。EH4大地电磁法和 MT 的理论和实际工作方法基本相同，不同点是采集的频率段不一样，以及获取的信息不同。

4.2 高密度电阻率法

不同的岩层由不同的矿物组成，因此，岩层的电阻率不同。根据该现象，高密度电阻率法通过地表电极向地下供电，在地下建立人工电场，通过测量电场在地下的分布状态，计算岩层的电阻率，分析岩层电阻率的变化，间接掌握地质构造。采用重庆地质仪器厂生产的DUK-2A 高密度电法测量系统，选用施伦贝尔( SB1) 装置，点距3 m，与其他装置相比，SB1 装置中MN 始终保持最小极距不变，减少了体积平均效应的影响。利用Geogiga RImager软件进行反演解释，其数据处理流程为: 将原始数据从仪器导入计算机并储存→剔除坏点数据、修正干扰数据→格式转换→正演→反演。

理论上溶洞、土洞等呈现高阻，但多数溶洞、土洞呈充填或半充填状态，充填物为低阻，因此，大多数空洞由于低阻屏蔽的影响，呈现低阻；如果高阻岩层被低阻岩层错断或高阻岩层局部出现低阻，则推测该部分为溶洞或破碎带[3]。

5 取得成果

见图1，根据第四系低阻值的原理，音频大地电磁测深推测出基岩界限清晰。根据等值线突变处及等值不等间距现象，推测该剖面覆盖区存在3条裂隙发育带，一个岩溶发育区。

图1 Ⅰ音频大地电磁测深推测成果图

见图2，根据反演得出等值线，高密度电阻率法推测该剖面覆盖区有3条裂隙发育带和两个溶洞发育区。

图2 高密度电法测量1号剖面推断成果图

这两种方法在一个条剖面开展测量，推测的结果有两条裂隙带吻合。但是岩溶发育区未重合，造成该情况的原因是高密度仅将浅部的岩溶探出，深部未反映，音频大地电磁测深把深部存在岩溶区反映出来，浅部岩溶未见。

本文经过高密度电法探测成果推断出本次勘察区内溶洞有27处，岩溶裂隙发育区29处，裂隙发育带21处。音频大地电磁测深测量，推测出测量覆盖范围内存在9条裂隙带，深部岩溶区10处。

两种方法推测成果有6条裂隙带吻合，岩溶有3处吻合，音频大地电磁推测的另外3条裂隙带是隐伏构造和7处岩溶区，埋藏较深，超过高密度探测范围，其未探测到[4-11]。

6 结论

本文研究的高密度电阻率法和音频大地电磁测深的综合物探方法在地质灾害排查中，有以下优缺点：

（1）在岩溶区，通过音频大地电磁测深探测岩溶分布情况，优点为有效发现隐伏构造及深部岩溶，但是其对浅部地带的小岩溶探测效果不佳。

（2）高密度电阻率法，深度与点距及采集层数有关，如果增大点距，可以满足探测深部要求，但对单一异常体容易错失。因此，探测目标体决定其点距。该方法可以清楚的探明浅部岩溶的分布情况，但深部地段难于探明。

综上所述，利用综合物探方法，可以在地质灾害排查中相互弥补。利用综合物探方法的一致性解决物探方法单一使用时的多解性，增加物探方法的准确性。