综合物探在地裂缝探测中的应用

薛 永 军

(山西省第三地质工程勘察院，山西 晋中 030620)

综合物探在地裂缝探测中的应用

薛 永 军

(山西省第三地质工程勘察院，山西 晋中 030620)

以山西祁县白圭村新建小区场地地裂缝探测为例，根据该地区地形地质条件，选择采用高密度电法及放射性测氡法等综合物探方法对该地区地裂缝的分布及发育状况进行了勘测，为建设工程设计提供了参考依据。

地裂缝，物探，探测，高密度电法，放射性测氡法

0 引言

晋中盆地祁县地裂缝较为发育，特别是祁县的东观、乔家堡、白圭村一带地裂缝给当地的居民房屋以及耕地造成很大破坏，具有分布范围广、活动强度大、致灾程度重的特点,因此进行工程建设前，对地裂缝的勘测工作成了一项必不可少的工作。

当地下存在裂缝时，由于存在裂缝的间隙或有充填物，它们将与两侧的土层在电性上反映不同，出现高阻或低阻，裂缝越明显，则电性差异越大，利用不同岩性的电性差异和地—电特征来解释地质问题是高密度电法所必须具备的地球物理前提条件。毫无疑问，氡在构造裂隙、裂缝中富集并为氡向上运移提供了好的通道，在地表形成高氡气异常，为其测量提供了地质理论依据。因此可以采用高密度电法及放射性测氡法等综合物探方法解决地裂缝等地质问题。

祁县东观镇白圭村南部拟征新农村建设用地，为了查明拟建设用地区内是否有隐伏地裂缝分布，进行了拟建设场地范围内的地裂缝地面物探勘测工作。

拟建场地形状基本呈长方形，南北长250 m，东西宽300 m，面积75 000 m2。本次工作的目的是采用地面物探勘测的手段基本查明拟建场区范围内地裂缝的分布及发育状况，为工程设计时提供基础资料。本次工作的任务是：通过地面物探高密度电法及放射性测氡法综合物探测试手段，查明拟征地范围内有无地裂缝分布，若存在地裂缝，探测其发育状况。

1 地质特征

建设用地位于祁县北东部，地貌单元属冲积平原区，区内地形平坦，地面标高为770.2 m～773.2 m，相对高差小于3 m。

据区域资料，下伏基岩为三叠系延长组，埋深约440 m，下部为红色粘土、亚粘土；中部为红色粘土；上部为灰黄色亚粘土、亚砂土，为第四系地层。

2 构造特征

据《山西省祁县地质灾害调查与区划报告》及《山西省区域地质志》，勘测区区域上处于晋中新裂陷之次级构造单元西谷—南庄凹陷。晋中新裂陷：北西侧主要为交城大断裂，南东侧为洪山—范村断裂，南西侧为三泉断裂，北东侧为榆次—北田断裂。呈北东向延伸的似平行四边形，长105 km，宽40 km。叠加于吕梁块隆、五台块隆和沁水块坳之间。其主体方向为向南东掀斜的箕状凹陷，次级北东向、北西向断裂发育。西谷—南庄凹陷位于其中部西侧，与侯城—平遥陷隆为邻。

西谷—南庄凹陷：位于晋中新裂陷中部西侧，南东边界在太谷—祁县—平遥一线。西北侧基岩埋深达3 000 m～4 000 m；基底向南东翘起，南东侧基岩埋深仅400 m左右。凹陷内次级北东向断裂发育，形成再次级的凸起和凹陷。

距勘测区较近的断裂构造为东阳—净化断裂(F6)：由榆次东阳向西南，经胡村、太谷、祁县到平遥净化，全长96 km，最大断距900 m，为正断层，它控制着祁县凸起的基底形态，是太原盆地内的区域性控制断裂，为西谷—南庄凹陷与侯城—平遥陷隆的分界，也是祁县构造地裂缝形成的主要影响因素。

3 地裂缝发育特征

20世纪80年代以来，在祁县相继发现一些较大的地裂缝，主要分布在平原区，裂缝延伸方向总体以北东向为主，剖面上大部分地裂缝上宽下窄呈楔形，在地表处倾角接近直立，这些地裂缝的地表变形以张裂为主，在部分地段裂缝具有拉张下错的特点。

4 地球物理特征

勘测区地表覆盖第四系松散层且较厚，下覆三叠系延长组地层。本次物探勘查的目的是地裂缝发育情况，地层有无发育地裂缝时存在着较明显的电性差异，高密度电法是以岩矿石的电性差异为前提条件的。对于地裂缝的勘探，其目标物为地下裂缝发育时形成的空间、空洞与填充物，形成与周围岩性差异较大的物理特征，呈高阻或低阻特征，利用其高、低阻特征，在本区投入高密度电法进行地裂缝勘察是具备其地球物理前提条件的。

氡是铀系的子体，又是唯一呈气态的惰性气体，它可以由地下深部迁移至地表，地裂缝发育时，在地下形成氡射气运移的通道，并且改变了地下气体的运移与积聚环境，为氡气的运移与富集创造了条件，氡气元素向裂缝带运移，在裂缝带积聚，在地表形成一个与裂缝形态相应的氡高值异常区。因此，可以通过测量地表氡元素的浓度来圈定地裂缝的位置和范围。所以在本区投入放射性测氡法进行地裂缝勘察具备其地球物理前提条件。

5 工作方法

接受任务后，搜集工作区以往地质成果，在分析收集资料的基础上，对实地进行踏勘，根据地形地质条件和勘察目的，选择高密度电法和放射性测氡法等物探勘测方法，首先在拟建场区北部的已知地裂缝进行已知探测试验；然后根据物探试验成果布置探测工作；高密度电法共布置8条测线，每条测线60个测点，点距4 m，测线长240 m，走向近南北向，测线号由西向东增加，点号由北向南增加；放射性测氡法布置5条测线，三条长测线，长240 m，10 m点距，每条线布置25个测点。另在测区东部由于建筑物限制，布置两条短测氡测线，长140 m，点距10 m，每条测线15个测点；其中，实测剖面的高密度电法及放射性测氡两种方法在1线，5线，8线位置基本重合布置，2，3，4，6，7测线只布置高密度电法，9，10测线只布置放射性测氡法。室内对外业采集的数据和资料进行分析研究，编写地裂缝勘测报告。

本次高密度电法勘测使用的仪器为中地装备集团重庆仪器厂生产的DUK-2A高密度电法测量系统，电极排列方式为温纳(WN)排列方式，最大电极数为60，电极距选择4.0 m，最小隔离系数为1，最大隔离系数为16，供电脉宽0.5 s，供电周期2，装置系数K，视电阻率R0，由仪器自动算出并存储。

本次放射性测氡法勘测选用的仪器为CD-1 α杯探测仪，其工作方法是将α探测杯在测点位置处埋入地下40 cm深的坑中,上覆以原土，待4 h后取出,放入CD-1 α杯探测仪测量3 min计数脉冲,并进行储存记录。

6 资料处理

1)高密度电法。同一地区、不同地质体具有不同的地电特征，当土层中发育有地裂缝时，由于裂缝被泥质土充填、降雨渗漏或滞水，视电阻率将呈下降趋势，若裂缝呈张性未被泥水充填，视电阻率将呈高阻特征显示，根据在地裂缝勘测中的经验和本次数据规律看，大部分地裂缝都被泥水充填物充填，因此在电性上显示为低阻特征的规律。

在室内数据处理的基础上，绘制了基本分析图件：高密度电法各测线视电阻率等值线图。

视电阻率等值线图以测点(桩号)为横坐标(算术坐标)，深度为纵坐标(算术坐标)，将各测点经初步反演所得到的ρr值，经网格化后成图。视电阻率等值线图不但能反映剖面上各测点垂直方向电性变化情况，而且还能反映不同深度沿水平方向电性变化情况，它形象直观，能比较详细和清楚地反映地下构造特征和各种地质现象。理论上分析，正常的沉积地层在视电阻率断面图上，等值线基本呈水平层状分布，当有异常体存在时，等值线将发生畸变，呈现各种形态的变化，研究曲线在纵向和横向上电性的变化特征，以确定地裂缝异常体的性质。

2)放射性测氡法。野外读取数据完毕后，运用绘图软件绘制放射性测氡法Rn剖面曲线图。本次测氡数据体特征：本测区放射性测氡正常场背景值为小于100脉冲，异常场值为大于200脉冲。

根据以往地质资料显示，测区北部发育两条地裂缝(L1，L2)，距离测区最近距离分别为850 m，500 m，测区南部发育一条地裂缝(L3)，距离测区最近300 m；根据放射性测氡各测线的异常反映，氡值均在背景值范围内波动，测区内未见明显的氡值异常段；由高密度电法视电阻率断面图显示，纵向电阻率断面呈层状分布，符合地形的层状分布规律，与试验线探测结果对比，未见明显上凸或者下凹的电阻率异常情况，横向上电阻率较为连续，未见明显错断，综合分析未发现引起电法异常的浅层地裂缝。

7 结语

此次投入的两种物探手段，是基于目的要求的同时，也结合了气候、场地条件、时间要求等因素，根据放射性测氡的原理和氡的运移机制，放射性氡气测量对探测深部构造的发育情况有效，而高密度电法对探测地层浅部是否存在隐伏地裂缝有效。依据上述两种地面物探探测地裂缝成果，未发现拟建场区下有地裂缝异常显示，场区适宜建设工程设计。

但是，由晋中盆地祁县一带地裂缝发生、发展演变的趋势来看，地裂缝的形成、发育是个动态过程，特别是近年来，受各种地质因素和地震因素的影响，地裂缝又有新的发展和新的产生，加之本场区会受到工程建设的影响，导致承载力、地应力等多地质因素将会发生变化，极易引发新的地裂缝产生。所以，建议使用本成果方在场区建设及建成后应建立地面沉陷及地裂缝监测长效机制，对地裂缝及地面沉陷进行长期观测，做到早观测、早报告、早预防。

The application of comprehensive geophysical prospecting in ground cracks detecting

XUE Yong-jun

(ShanxiThirdGeologicalEngineeringInvestigationInstitute,Jinzhong030620,China)

Taking the ground cracks geophysical prospecting new district in Shanxi Qixian Baigui as an example, according to the topographic and geological conditions in the region, selected using the high density resistivity and radioactive radon method and other comprehensive geophysical prospecting methods detected the distribution and development status of ground cracks in the area, provided reference basis for construction engineering design.

ground crack, geophysical prospecting, exploration, high density resistivity method, radioactive radon method

1009-6825(2014)35-0071-02

2014-10-08

薛永军(1972- )，男，工程师

TU412

A