地质雷达在某地面塌陷区的应用

黄建新，李金火

（1.江西省地矿局赣西地质调查大队，江西 南昌 330001；2.江西省地矿局赣东北大队，江西 上饶 334001）

某灰岩采矿区附近的村庄出现地面塌陷，危及到百姓的房屋安全，为快速查明塌陷区附近的基底和岩溶发育情况，受当地国土资源局委托，我队对该村庄地面塌陷区附近2km 内进行地质雷达探测工作，为地灾塌陷区开展钻探工程提供依据，为下一步地质灾害治理提供可靠依据。

1 塌陷区地质情况

区内出露地层主要有石炭系上统黄龙组、船山组和第四系全新统冲积层。石炭系上统黄龙组（C2h2）：位于塌陷区西南方400m 处，厚层状白云岩夹白云灰岩，局部具大理岩化及矽卡岩化。地层总体走向北西，倾向北东，倾角5°。石炭系上统船山组（C2c）：隐伏于塌陷区下部，浅灰色厚层状细（微）晶灰岩、白云质灰岩、砾状灰岩。地层总体走向北东，倾向北北西，倾角10°。第四系全新统冲积层：由亚粘土、亚砂土和砂砾石层组成，主要沿东侧溪流分布。厚度不详。区内未见岩浆岩出露。据实地调查及1/5 万地质调查资料，塌陷区西侧见一条北西西向断层，小角度斜切船山组和黄龙组。

2 塌陷区特征

塌陷区位于某县西港村小组汪某等4 户屋前。始发时间为2016 年12 月3 日22 时30 分，至12 月4 日早上共计5 处地面产生塌陷，12 月5 日河流内又新增一处塌陷坑，其余塌陷坑范围还在逐步扩大。

1 号塌陷坑位于村口河流，坑口呈椭圆形，长轴6m，短轴3m，长轴呈北东向，深度大于7m。12 月4 日13 点调查时观察坑内水质较清澈，14 点30 分坑内水质变浑浊，塌陷坑还在逐步坍塌。地表可见砂卵石层，厚度未知。

2 号塌陷坑位于1 号塌陷坑西南侧24m 处河流内，坑口呈圆形，直径约2m，深度未知，岸边可见深度约1.5m。地表可见砂卵石层，厚度未知。

3 号塌陷坑位于2 号塌陷坑南侧3m 处河流中央，坑口呈圆形，直径约1m，可见深度约0.5m。地表可见砂卵石层，厚度未知。

4 号塌陷坑位于西港村小组屋前水泥路下，坑口呈近椭圆形，长轴9m，短轴5m，深度大于6m,坑内水面距离地面约2.5m。此塌陷坑贯通公路两侧，致公路下方悬空，坑口边沿多处见裂缝，裂缝宽度0.5～2cm，调查 时坑口周边还在陆续垮塌。此塌陷坑距离房屋最近约12m。根据坑壁可见：0～2.5m 为人工填土，2.5～3m 为淤泥质粘土层，其下为砂卵石层，未见溶洞顶和基岩。

5 号塌陷坑位于4 号塌陷坑西侧10m 处公路旁，坑口呈近圆形，直径约2m，塌陷时村民测量深度约5m，坑内水面距离地面约3m。坑口边沿多处见裂缝，调查时坑口周边还在陆续垮塌。根据坑壁可见：0m～2m 为人工填土，2m～2.5m 为淤泥质粘土层，2.5m 下为砂卵石层，未见溶洞顶和基岩。

塌陷区西侧600m 处为某水泥厂采矿区，该矿区为露采水泥用灰岩，矿区已开采9 年，采取中深部爆破作业。

根据以上塌陷坑发生的规律及现象，推测以上塌陷坑下部溶洞已经连接贯通，形成一条地下暗河。

该区以往局部发生过两次塌陷坑事故，深度约1m。根据区域地质资料可知，该区下部为石炭系船山组灰岩，岩溶较发育，表层松散层较薄，易形成岩溶塌陷地质灾害。

3 工作方法和技术要求

采用的技术规范：①《全球定位系统（GPS）测量规范》（GB/T18313-2009）；②电阻率剖面法技术规程（DZ/T 0073-93）；③《公路隧道地质雷达检测技术规程》；④物探工程测量规程（DZ/T0153-95）中国地质调查局地质调查项目管理制度汇编；项目管理部门的有关规定、要求和项目任务书的有关技术要求。

测网布设：本次测网布设是根据实际勘查结果进行具体布置，布设地质雷达剖面17 条，累计长度4.55km。

地质雷达：探地雷达检测的工作原理是用无载波高速脉冲作为探测地下目标的信号源，其脉冲参数因目标探测要求而定。用宽带天线将高速脉冲换成脉冲电磁波进行辐射，一部分经发射天线直接到达接收天线形成直达波，可用作地下目标深度的参考；一部分进入地下传播，当遇到地下目标或不同媒质界面时产生反射，反射的电磁波经地表到接收天线形成反射波，反射波相对地表反射的直达波出现的时间是电磁波从地表到目标再从目标到地表传播所需的时间。

当电磁波在地下传播的速度已知时，即可求出地下目标或地下界面的深度，并且反射波带有地下目标和地下媒质的性质信息，对反射波进行分析，可以确定地下目标的性质。当发射天线和接收天线在地表的相对位置固定，而共同移动时可以得到一组反射波，将这一组反射波表现出来，就可得到地下目标相对地表的位置信息，从而发现地下目标。由于电磁波在不同电性，不同形态的介质中传播时，其路径、强度、波形均随之变化，因而可根据测得的波的传播时间、幅度、波形来判断介质的结构与深度。

地质雷达是利用无线电波检测地下介质分布和对不可见目标或地下界面进行扫描，以确定其内部形态和位置的电磁技术，其理论基础为高频电磁波理论，利用高频电磁波以宽频带短脉冲形式由地面通过发射天线送入地下，经地下不连续体或目标体反射后返回地面被接收天线所接收，反射电磁波经过一系列的处理和分析之后可以得到探测介质的有关信息（比如厚度、脱空、不密实、钢筋等解译），其探测原理如图所示。从反射波的连续性特点看，电磁波在正常衰减过程中因遇到较强的反射界面时，波幅会骤然增加，同相轴明显，之后恢复正常变化规律。反之，若目标体中存在有许多杂乱无章的界面时，雷达接收到的这些界面的反射回波信号波幅小、波形杂乱无章，同相轴将很不连续。

根据公式：V=C/√ε

式中 C——为电磁波在真空中的传播速度（km/s）。

ε——为介质的介电常数。

可以得到电磁波在介质中的传播速度V（km/s），再根据记录的从发射经岩体界面反射回到接收天线的双程走时，可以精确求得目标体的位置和深度。通过步进式或连续的探测可以得到一组雷达反射波，经过数据处理，可以得到探测目标体的地质雷达剖面图，进而检测目标体的(缺陷)位置和分布特征。

根据使用领域要求，本次使用SIR-4000 型探地雷达主机配置100MHz。有效深度约8m，检查精度和深度可以满足道路路基和房屋地基工程要求。

4 资料解释推断

地质雷达检测覆盖西港村附近小路及乡道，共16 条线，整体衬砌信号幅值较弱，波形均匀，基底较为密实，没有明显脱空区。

3 线、4 线、12 线局部出现异常。

（1）3 线如图2 位于塌陷区围栏，经过塌陷区两个塌陷坑至山坡附近，可见地质雷达剖面4m～20m 位置反射杂乱无章，深度约0.3m，34m～40m 位置可见抛物线状反射，并伴有多次反射发生，此两处异常即为塌陷坑所引起的异常，在地质雷达上很好的反映了出来。

（2）4 线如图3 从测线起点开始20m，60m，110m，衬砌界面反射信号强，呈三角形分布三震相明显有多次反射信号深度三米多的位置推测可能存在脱空区。

（3）12 线如图4 从起点开始在70 到80m 之间与4 线发射信号相似推测可能存在脱空区。

5 结论与建议

本次地质雷达探测了西港村小组塌陷区周边地下情况，探查出4 线从测线起点开始20m，60m，110m，深度三米多的位置可能存在脱空区，12 线从起点开始在70 到80m 之间，深度约2.4m，出现形态和3 线塌陷区相似的异常，推测可能存在空洞，其他测线相对完整连续，深度十米之内未发现脱空区。建议在推测异常区域布置浅钻验证。

2016 年12 月底经钻孔验证，在3 线、4 线、12 线异常区发现多个脱空区及空洞，为地质灾害治理工作提供了可靠的依据。