综合物探在地裂缝探查中的应用与研究

2014-05-07张吉振

铁道勘察 2014年2期

关键词：物探成果裂缝

张吉振

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300251)

1 地裂缝的成因及危害

地裂缝是地表岩、土体在自然或人为因素作用下产生开裂，并在地面形成一定长度和宽度裂缝的一种地质现象，当这种现象发生在有人类活动的地区时，便可成为一种地质灾害。

地裂缝的形成原因复杂多样，地壳活动、水的作用和部分人类活动是导致地面开裂的主要原因。按地裂缝的成因，常将其分为如下几类。

(1)地震裂缝:各种地震引起地面的强烈震动，均可产生这类裂缝。

(2)基底断裂活动裂缝:由于基底断裂的长期蠕动，使岩体或土层逐渐开裂，并显露于地表而成。

(3)隐伏裂隙开启裂缝:发育隐伏裂隙的土体，在地表水或地下水的冲刷、潜蚀作用下，裂隙中的物质被水带走，裂隙向上开启、贯通而成。

(4)松散土体潜蚀裂缝:由于地表水或地下水的冲刷、潜蚀、软化和液化作用等，使松散土体中部分颗粒随水流失，土体开裂而成。

(5)黄土湿陷裂缝:因黄土地层受地表水或地下水的浸湿，产生沉陷而成。

(6)胀缩裂缝:由于气候的干、湿变化，使膨胀土或淤泥质软土产生胀缩变形发展而成。

(7)地面沉陷裂缝:因各类地面塌陷或过量开采地下水、矿山地下采空引起地面沉降过程中的岩土体开裂而成。

(8)滑坡裂缝:由于斜坡滑动造成地表开裂而成。

地裂缝是一种独特的地质灾害，其延伸覆盖面积极广，破坏性很强，铁路建设过程中将不可避免会与这些地裂缝相互交错，无法采用避让措施。它们使铁路的地基和基础产生均匀或不均匀沉降、拉裂和错开，引起路基、桥梁内部产生复杂的应力和应变，改变原来的状态，从而形成变形或剪断，其破坏造成的社会影响及安全隐患更无法估量。所有铁路通过的地裂缝需进行前期的勘察和设计，采用相应的处理措施，以最大程度的降低其对工程造成的损害。

准确快速地查清地裂缝的形成原因及其规模、位置、走向等情况，是进行安全设计，确保施工安全的重要前提，单靠简单的地质调绘和没有指导性的钻探、挖探等手段，很难查明地裂缝的情况，物理勘探的重要性不言而喻。

2 工程概况与技术难点

本次地裂缝勘察工区位于山西省运城市，测区内地形平坦，表层为黄土覆盖，大部地段为桃树园或葡萄园，地层为新黄土—老黄土—粉砂、细砂等。需查明的地裂缝宽度在几十厘米到几米之间，且大部分地表没有明显痕迹。若要查明地裂缝的规模、分布等情况，单靠钻探、挖探等勘察方法很难准确查明且具有很大盲目性;因此，在此种地段，无论从技术角度还是从经济或时效角度考虑，采用综合物探辅之少量钻探、挖探相结合方法是必须的。综合物探、调绘及有目的钻探相互补充，可以达到很好的勘察效果。

此次综合物探主要的技术难点:

(1)地球物理性质差异较小，给物探的勘察精度提出更高的要求。

(2)勘察对象规模较小，需各种物探方法相互印证才能最终确定。

3 方法的选择

综合物探的主要工作内容是利用相适应的仪器测量，接收工作区域各种物理现象的信息，应用有效处理方法，从中提取出需要的信息，并根据勘察对象和围岩的物性差异，结合地质条件进行分析，做出地质解释。本次工作根据查阅相关资料及对工区范围内地裂缝性质和规模的了解，本着从未知到已知的工作思路，通过调查知，在运城市石碑庄村西北方有一地表可见的地裂缝，裂缝长约1 km，宽6～7 m，在20世纪90年代初断层。物探选择了瞬变电磁法、电测深法、地震反射法、地震映像法、地震层析法以及多道瞬态面波法在此处进行了试验工作，试验结果如图1～图6所示。

图1 已知地裂缝瞬变电磁成果

图2 已知地裂缝密点距电测深成果

图3 已知地裂缝地震反射成果

图4 已知地裂缝地震映像成果

图5 已知地裂缝折射层析成果

图6 已知地裂缝瞬态面波成果

由试验结果可以看出，瞬变电磁法在地裂缝处3条测线均有相对低阻凸起，形成一低阻条带;同样电测深法在地裂缝处有相似的表现;地震反射法的地震剖面在地裂缝处反射波出现明显的错乱，同向轴不连续。地震映像分析在同样的位置出现波组错乱的现象。折射层析法和瞬态面波法虽然在裂缝处也有反应但反映的范围较大，相对未能准确反应裂缝的位置。综合以上分析，采用地震反射法、地震映像法、瞬变电磁法和密点距电测深法进行地裂缝勘察是可行有效的。

4 异常的判定

通过在已知位置的试验成果可知，地裂缝处电性上的表现为相对低阻带由于地裂缝处的塌陷填充等，电法的等视电阻率图上对应出现等值线向下凹陷。

由于裂缝的存在，地层的连续变化，地层速度在横向变化突出，地层塌陷，致使表层速度降低，这几方面存在的差异，是形成异常地震波的基础，为识别和判定裂缝提供了依据。异常地震波在地震映像断面图上表现为直达波时间延迟、能量变弱、频率变低、波形变乱，高基阶面波同相轴倾斜突然变大，并伴有绕射波、延迟绕射波、侧面波等特征出现。在地震映像上的表现为同向轴的错动、不连续。通过几处地裂缝的实际勘察结果看，地震反射剖面的反映相对不是很明显。

5 工程实例

依据之前的试验成果和地质调查结果，在距离某铁路线位较近的地裂缝处开展了物探勘察工作，具体工作成果如图7～图9所示。

图7 某处地裂缝勘察密点距电测深成果

图8 某处地裂缝勘察密地震映像成果

此处地裂缝正好穿过村庄，电线和房屋均较多，物探选择地震反射法、地震映像法和电测深法进行此次地裂缝勘察工作。电测深法沿线位右侧与高速公路之间布置两条测线，在图7可看出在桩号120处存在一自上至下的低阻带，推断为地裂缝或裂隙发育带的表现。地震反射法沿线位右侧与运三高速公路之间布设一条测线，在图8看出地震映像成果图上桩号120处地震波均表现出同向轴错动、不连续，地震波频率降低，在时间上延续时间更长的特性，根据异常的判定原则推断为此处为地裂缝的反映。在图9上看出在桩号120附近有同向轴错动、不连续的反应，推断为地裂缝的表现。

由以上工程实例可以看出，如果没有综合物探的成果，只是根据一种物探方法的资料，很难判断为地裂缝的反映还是一些其他干扰因素的影响。但根据不同物探方法得到的成果综合分析，再加上地质调绘成果，就能准确判定出不良地质体的位置、规模等，为后续的设计和施工提供可靠的地质资料。