地球物理勘查技术在岩溶发育区的应用

高 攀， 王 夺， 陈 晨

(安徽省地质环境监测总站，安徽 合肥 230001)

在岩溶发育地区，地下水长期侵蚀可溶性岩石，流水的作用使得岩层的完整性受到破坏，岩石的强度下降，岩层不稳定，无法为上部建筑物提供可靠的承载力。根据勘查区已知溶洞特点和对地质资料分析得出，主要岩溶分布为沿裂隙节理发育的溶蚀带和溶洞。结合项目目标任务及勘查区特点，选择高密度电阻率法、重力勘探和浅层地震三种地球物理勘查方法查明岩溶塌陷区地质问题。

1 勘查区地质概况与地球物理特征

勘查区地处江淮波状平原，区内地势较平坦，地表自然标高21.8～38.7 m。

区域地层由老到新有：寒武系上统，主要岩性为白云岩；奥陶系中下统，主要岩性为白云岩、灰质白云岩和白云质灰岩；石炭系上统，主要岩性为灰岩、粉砂岩；第四系，主要岩性为亚黏土、黏土、粉质黏土和粉砂。勘查区地层自上而下有两层：上覆地层岩性为黏土、粉质黏土；下伏地层为灰岩、白云岩。

地球物理勘探是利用相适应的仪器采集工作区域的各种物理现象的信息，根据岩(矿)体或构造和围岩的物性差异，结合地质条件进行地质解释，从而解决地质问题。

勘查区地球物理参数见表1。

表1 勘查区地球物理参数一览表

2 地球物理勘查方法与参数选择

2.1 高密度电阻率法

高密度电阻率法以岩(矿)石电性差异为基础，一次布设多根电极同时排列在测线上，通过对电极自动转换器的控制，实现电阻率法中各种不同装置、不同极距的自动组合，从而一次布极可测得多种装置、多种极距情况下多种视电阻率参数的方法。在岩层面或者裂隙节理交汇处，形成溶蚀带、溶洞，其电阻率会大大降低，电性特征变化明显。

仪器使用塞盈地脉GD-10分布式系统，装置选择温纳装置，点距为3 m，96根电极，数据采集剖面33层，供电电压400 V，变断面连续滚动扫描测量。

2.2 重力勘探

重力勘探是测量与围岩有密度差异的地质体在其周围引起的重力异常﹐以确定这些地质体存在的空间位置﹑大小和形状。

仪器选择CG-5重力仪，点距5 m，在勘查区均匀布设。

2.3 地震勘探

地震勘探是指人工激发所引起的弹性波利用地下介质弹性和密度的差异，通过观测和分析人工地震产生的地震波在地下的传播规律，推断地下岩层的性质和形态的地球物理勘探方法。

仪器选择WZG-48A工程地震仪，采用纵波反射波法观测,道间距3 m；检波器主频为38 Hz；单边激发，偏移距为30 m，24道接收；采用多次叠加采样，6次覆盖观测系统；单道数据的采样间隔0.2 ms，记录长度819.2 ms。

3 资料处理与解释

3.1 高密度电阻率法

(1)资料处理。数据处理前先进行预处理(突变点剔除、平滑数据)，然后使用RES2DINV数据处理系统对数据进行二维反演和地形校正，二维反演是最小二乘法的计算机反演计算，最后使用专业物探软件绘制成图进行资料解释。(2)资料解释特征。上覆第四系地层电阻率一般不大于40 Ω·m；下覆基岩电阻率较高，一般在1×102～2×104Ω· m。根据勘查区视电阻率特征，岩溶异常呈高阻包围低阻闭合圈，或呈“U”或“V”字形延伸的低阻区。

(3)成果资料解释。视电阻率反演解释见图1，电阻率等值线较密集带主要以33 Ω·m的等值线为界，上部电阻率低而等值线稀疏，下部电阻率高而等值线密集，33 Ω·m等值线附近即为基岩顶界面，推测基岩面埋深8～12 m。在浅表部出现局部中高阻不均匀体反映特征，主要受地面建筑、硬化路面等人类工程活动影响；在测线160～170 m、深度埋深15～25 m、呈“U”形半封闭低阻异常区，结合地质资料推断，发育有一宽约8 m的溶洞。

图1 高密度电阻率法反演解释图

3.2 重力勘探

(1)资料处理。数据处理工作包括重力数据处理和改正、固体潮改正、仪器格值改正、仪器漂移改正、自由空间校正、中间层改正、正常场校正、地形校正等。

(2)资料解释特征。在第四系覆盖层较厚、基岩为石炭系岩层的区域，布格重力呈现为重力低；覆盖层较薄、基岩为奥陶系岩层的区域，布格重力呈现为重力高；断层、裂隙、岩溶空腔发育区域，布格重力呈现为重力低。

(3)成果资料解释。布格重力异常解释见图2，工作区覆盖层约为10 m，厚度变化较小，对布格重力值影响较小，布格重力值的变化主要体现了构造裂隙发育及基岩岩性变化。工作区北东部布格重力低值为密度相对较低的石炭系灰岩的反映，南西部及中部布格重力高值为密度相对较高的奥陶系灰岩的反映，推测出奥陶系与石炭系地层接触位置；布格重力异常等值线存在明显扭曲，推测发育断层F6、F7、F8、F9。

图2 重力勘探布格重力异常解释

3.3 地震勘探

(1)资料处理。对原始资料进行静校正—频谱分析—振幅恢复—频率滤波—二维滤波—抽道集—速度分析—动校正—自动剩余静校正—CDP叠加—偏移归位等处理，去伪存真，最终获得能反映地下构造形态和含有岩性信息的高分辨率反射时距剖面。

(2)资料解释特征。对地层沉积相与地震相宏观特征进行对比，确定地震相中各反射波组与地层沉积相中各反射界面的一一对应关系。地震相的异常现象包括同相轴的中断、错动、分叉和合并等空间分布特征的变异，以及绕射波、断面波的出现等，通过对这些异常的分析，确定各种断层和洞穴的存在，并判别其性质。

(3)成果资料解释。地震勘探时间剖面图见图3，第一层反射波时间为60 ms左右，同相轴能量相对较强，起伏较小，根据勘查区内钻孔资料，推断该层的厚度相对稳定，主要为杂填土、素填土、黏土等第四系覆盖层，平均波速相对较低，波速为400～500 m/s，对应厚度12～15 m。第二层反射波时间为110 ms左右，该层主要为奥陶系的灰岩、灰质白云岩等基岩，平均波速2 500～3 000 m/s，对应厚度62.5～75 m，溶洞裂隙主要发育在此层；在50～60点号之间，时间为110 ms位置，反射波同相轴发生明显的分叉，结合地质及以往物探资料，推断该位置异常是由于岩溶裂隙带引起的；在185～198点号之间，走时在100 ms附近，反射波同相轴的振幅和频率都出现明显的变化，在130 ms附近，但同相轴也出现了分叉现象，结合地质及以往物探资料，推断该位置是由岩溶裂隙带引起的；在140点号的100 ms位置，反射波同相轴能量出现减弱的现象，但同相轴仍连续，推断该位置岩性可能出现变化。

图3 地震勘探时间剖面图

4 结论

通过开展地球物理勘查工作，取得主要勘查成果如下：

(1)基岩面起伏不大，呈不规律特性，厚度7～16 m；(2)在测区划出了奥陶系与石炭系地层接触位置；(3)推断了2条近东西向构造，分别为F6，F7；2条近南北向构造F8、F9；(4)推测了勘查区溶洞发育特征主要沿断层F6，F7发育，圈定了岩溶裂隙强发育带。

本工程用多种地球物理勘探方法互补验证，效果显著，取得了较好的成果资料，查明了地灾隐患区的相关地质问题。