综合物探方法在机场滑行道地裂缝探测中的应用

曾海柏,林漫,陈孝刚

(北京航天勘察设计研究院有限公司，北京　100071)



综合物探方法在机场滑行道地裂缝探测中的应用

曾海柏,林漫,陈孝刚

(北京航天勘察设计研究院有限公司，北京100071)

摘要：地裂缝是地质灾害中地面变形灾害之一，其发生频率和灾害程度逐年加剧。本文依托机场滑行道地裂缝现状，应用地质雷达探测与高密度地震映像勘探相结合的探测方法，综合研究分析地裂缝的发育特征，为地裂缝灾害的治理提供依据。

关键词：地裂缝；地质雷达；高密度地震映像勘探；机场

地裂缝是在内、外力作用下岩石和土层发生变形，当力的作用与积累超过岩土层内部的结合力时，岩土层发生破裂，其连续性遭受破坏，形成裂隙。根据地裂缝的形成机理及特点，地裂缝勘探方法[1]主要有综合地质调查法、地球化学探测法、地球物理探测法及钻探等方法。因地球物理探测方法以分辨率高、空间位置反应清晰等特点，在地裂缝勘探中应用最为广泛。目前在地球物理探测方法中，根据地裂缝的发育特征，选用浅层地震勘探方法中的一种或两种组合比较普遍，并且都取得了良好的探测效果。

本文主要依托机场滑行道地裂缝的工程实例，分析机场的各种电磁干扰和震动等不利影响，采用地质雷达探测与高密度地震映像勘探相结合的探测方法，综合研究地裂缝的分布及随深度变化的发育特征，是一次用来探测地裂缝发育特征的新尝试。

1地质雷达及高密度地震映像勘探工作原理

1.1地质雷达方法

地质雷达是一种用于确定地下介质分布的广谱电磁波技术[2]，其原理为通过宽频带时域发射天线，向介质发射高频短脉冲电磁波。波在介质传播过程中遇到不同电性介面就会产生反射，再由接收天线接收反射回来的信息，由计算机将接收回来的数字信号进行分析计算和成像处理。地质雷达发射的高频电磁波传播速度主要与不同地层介质的介电常数有关。电磁波在某种介质中传播时，遇到不同的界面(如岩体的脱空、塌陷、充水等)将会产生反射和透射，运用这种原理即可解决不同领域的地质问题。

1.2高密度地震映像勘探

高密度地震映像法是通过接收小偏移距、小点距的人工激发的地震发生弹性振动，该振动以弹性波的形式在介质中传播，若弹性波在传播过程中遇到波阻抗界面时，就会发生反射，通过地面的检波器接收其振动信号，应用专门的软件对其特征进行处理和分析，就可以得到地下介质的变化情况[3]。高密度地震映像法数据处理相对简单，不需做动校正处理，不存在由于动校正造成的波形拉伸畸变或近地表广角反射引起的畸变。

2工程实例

2.1工程概况

本机场位于北京市顺义区，地处良乡-前门-顺义断裂北端，该断裂基本沿着NE30°～55°方向展布，早期地质活动造成上下两盘第四系松散沉积层厚度相差很大，两盘松散堆积厚度相差300多米，造成了断裂两侧岩土体的不均匀性。因大量开采地下水对地裂缝活动起着诱发促进作用，地下水位下降的情况下，导致东南盘地面相对下沉，沿断裂走向出现了地裂缝带[4]。

因机场特殊的地理位置，在机场建成投入使用10余年后，发现位于航站楼东侧地表出现裂缝，该裂缝自Z2滑行跑道南侧的加油站道面开始，向东北方向穿越Z2滑行道、Z3滑行道、F滑行道至东侧道肩，裂缝影响带总体长度约600延米，影响宽度约3.0～4.0 m。受此地裂缝带影响，道面的混凝土板块呈不连续断裂状，在垂直方向上一般伴有3～6 cm的位错，详见图1、图2。

图1　地裂缝现状

图2　地裂缝裂开宽度

2.2探测仪器及测线布置

地质雷达探测使用美国SIR-3000仪器，100 MHz雷达天线，512次扫描/s，记录时窗512ns，测线垂直于裂缝走向布设，共设置地质雷达测线23条。

高密度地震映像法采用美国S-LAND 96道数字地震仪，采用单边激发，炮间距5 m，测线垂直于裂缝走向布设，共设置高密度地震映像测线3条。

2.3探测结果和分析

由于本实例测线较多，本文选取其中两条测线，根据地质雷达图像和地震映像的探测结果，综合分析地裂缝、裂隙的特征。

2.3.1地质雷达图谱及分析

地质雷达在探测过程中，天线经过裂隙区域时，由于裂隙的介电常数与周围的介质存在明显差异，电磁波在裂隙界面发生反射，天线接收到的反射信号在波形图表现为振幅变化幅度大，波形杂乱、不规则，同相轴不连续或发生畸变等特点[5]。其典型地质雷达图谱见图3、图4，其中图3反射波形态相似，图中圈出部位较附近其它部位振幅变化大，反射较强，同相轴反射波明显不连续，说明此部位裂隙较发育，其深度分布范围在0.5～1.5 m之间。图4反射波形态相似，图中圈出部位较附近其它部位反射强，同相轴反射波发生明显畸变，说明此部位裂隙较很发育，其深度从地面延伸至2.0 m以下。

2.3.2高密度地震映像勘探图谱及分析

图3　地质雷达图谱1

图4　地质雷达图谱2

在图5中，图谱上部33至49道号间，图6中，图谱上部26～33道号间，100 ms以下的同相轴出现错断，推断是浅部小断层的反映，按第四系沉积地层纵波平均速度1 500 m/s计算(一般用微测井资料才能精确给出地层平均速度)，该断层出现的深度在6.5 m左右。

图5　高密度地震映像图谱1

3结论

结合综合物探方法在机场滑行道地裂缝探测中的应用实例分析，可以得出以下结论：

(1) 地质雷达具有探测效率高、抗干扰能力强等特点，在机场滑行道的地裂缝探测中，能清晰直观的反应地裂缝的分布范围、发育程度，取得了良好的探测效果。

图6　高密度地震映像图谱2

(2) 高密度地震映像勘探是一种施工简单、操作灵活、对断层比较敏感的新型物探技术，能准确的反映地裂缝的发育特征。是一种补充技术手段，提高了雷达图谱判读的准确性。(3) 应用地质雷达与高密度地震映像勘探相结合，综合研究地裂缝的分布及随深度变化的发育特征，是一种探测地裂缝分布特征的有效的技术组合。

参考文献

[1]贾三满，王海刚，叶超，等.北京地区地裂缝勘察方法研究[J].工程地质学报，2011,19(suppl 1)：104-111.

[2]杨天春，周勇，李好.超前探测中探地雷达应用与结果的处理分析[J].工程地质学报，2010，18(6)：971-975.

[3]王振东.浅层地震勘探应用技术[M].北京：地质出版社，1988.

[4]张世民，刘旭东，任俊杰,等.顺义地裂缝成因与顺义-良乡断裂北段活动性探讨[J].中国地震，2005,21(1)：84-92.

[5]苏兆峰，陈昌彦，肖敏.探地雷达探测地下管线的机理和应用研究[J].岩土工程技术，2013，27(4)：191-195.

E-mail:121619838@qq.com

THE APPLICATION OF INTEGRATED GEOPHYSICAL EXPLORATION METHOD IN GROUND FISSURE OF AIRPORT TAXIWAY

ZENG Hai-bai，LIN Man,CHEN Xiao-gang

(Beijing Aerospace Geotechnical Engineering Institute Co.,Ltd,Beijing100071,China)

Abstract:Ground fissure is one of the ground deformation disasters in geological disaster, its frequency and disaster degree increased year by year. In this paper, based on the airport taxiway status of the ground fissures, the application of geological radar detection combined with exploration of high-density seismic image method, comprehensive research and analysis of ground fissure development characteristic, provide the basis for the management of ground fissure disasters.

Key words：ground fissure； ground penetrating radar (GPR)； high density seismic image exploration； airport

作者简介：曾海柏(1982-)，男，工程师，湖南邵阳人，主要从事岩土工程勘察、岩土工程设计、地质灾害评估及治理工作。

中图分类号：P642；P642.26

文献标识码：A

收稿日期：2015-12-10改回日期：2015-12-30

文章编号：1006-4362(2016)01-0082-04