浅谈物探在地质灾害勘察中的利用

2021-03-31沈建鸿

西部探矿工程 2021年7期

沈建鸿

（广东省核工业地质局二九二大队，广东河源517000）

1 概述

从2003年汶川地震开始，我国地质灾害持续备受关注，唐山地震、舟曲泥石流，不断告诫着人们，地质灾害一直都在我们身边，如若防御不及时，随时可能引来重大灾害。物探作为最重要的勘察手段之一，在防灾、减灾、治理中起着至关重要的作用。用物探方法研究或勘查地质体或地质构造，即可做到了解对象的结构、规模等，也能分析对象的稳定性，最后提出合理的建议。特别是高密度电法、浅层地震波的灵活运用，可为工程建设，地灾治理方面起着至关重要的作用。

2 高密度电法的应用

高密度电阻率法[2]也叫自动电阻率法，是直流电法，它的功能就是于四极测深和电剖面法相结合。根据前人的经验，高密度电法是最为有效、合理的物探勘察方法，它能对地下的不良地质体（采空区、溶洞、地下水、断裂破碎构造带）进行探测，并成图。高密度电法是目前采空区、岩溶地区最普遍、有效的探测方法，它具有精度高、效果显著、效果好等特点，可以有效对这些地区规模、形态、位置进行探测，得出剖面能体现出较多信息。

高密度电法数据采集多使用的仪器为重庆地质仪器厂生产的DUK-2A（DZD-6A）一体电法测量系统和终端选址开关电极及专用电缆设备。野外施工一般采用60～120个电极组合的温纳装置进行测量，点距1～5m，排列长度60～600m（根据施工现场实际情况而定）。野外测量数据传输到计算机进行处理，对异常点及突变点进行重复观测，以确保野外测量数据真实、可靠。资料处理首先将数据回放到计算机中，高密度电法资料处理是将仪器测量结果通过传输软件传输到电脑中，进行坏点删除、地形校正、格式转换，然后应用高密度电法反演软件（RES2DINV）对原始资料进行计算、分析、处理，最后进行地质解释。野外物探测线按设计布置的起止点，用GPS现场实地放点，在施测时，用皮尺丈量确定测点点位。工作之前对仪器及电缆进行全面检查，保证仪器正常，电缆内无坏道。每个台班至少有一名工程师级以上的在职技术人员在场指挥施工，亲自操作仪器并做好记录。每天的野外工作完成后，及时对数据进行初步解释，绘制出初步解释的物探解释断面图，同时对各个原始记录进行评价，发现不符合要求的原始记录要查明原因，并进行返工重测。野外施工和室内资料处理，严格按有关规程、规范执行。为了检查高密度电法测量工作精度，需对工作量的30%做重复检验，确保资料数据的合规性。高密度电法资料处理是将仪器测量结果通过传输软件传输到电脑中，进行坏点删除、地形校正、格式转换，然后将数据导入Surfer软件，做视电阻率等值线图。在等值线图上根据视电阻率的变化特征结合已有地质资料做地质解释，并绘制出物探成果解释图。

由于高密度电法是一种体积探测方法，即每个探测点所测得的视电阻率值反映的是以测点为中心一定范围土岩层随深度变化的加权平均效应，对应解释到的土洞的物探异常位置，其实际位置可能会有所偏差，即物探解释的低阻异常往往要比实际的规模要大。

3 浅层地震波法的应用

勘探中人们习惯把200～300m深度的勘探，称为浅层勘探。浅层地震波法又分为浅层地震波折射、浅层地震波反射等方式，利用了导向波在不同的介质中，速率不一样的特点，在仪器接收到反馈后，通过数据处理形成剖面图，在图中表现出导向波经过的断层、断距、破碎带等数据，是一种工期短、精度准、成本低和应用面广的物探勘察方法。

浅层地震反射波法勘探常用美国EG＆G公司生产的R24二十四道地震仪[3]。该仪器一般采用12道，3～5次覆盖，叩板法锤击震源，道间距1～5m，偏移距10～20m较为易算，在野外采集数据时，应注意结合GPS的定位系统，每道检波器以及仪器的正常，返回的波形必须层位清晰，在收集到地震波形后一般采用美国《Eavesdropper》系统处理数据。在处理过程中，应注意连续完整的岩层必须波形相似、周期相同才能反映岩层的起伏；由于地震波会受到散射、绕射的影响，在构造破碎带、岩溶发育部位会显得比较凌乱，不连续。最后根据测量、处理过的数据形成雷达时间剖面图，在异常处通过加密、反复测量，争取做到勘探的准确性。

在实际勘探中，充分利用多种物探方法，结合多个剖面成果图，能更完整有效地对勘察体的内部结构、破碎带等因素进行还原，有效地帮助勘察做得更准确。

4 电阻率法和地震波法的综合利用

在一些治理环境中，无法用支护工程达到稳定，需要搬去较多土石方，这时候合理地利用电阻率法和地震波法结合钻探成果，也能预估出土石方的数量，对前期的预概算、效益对比也能有很大帮助。例如粤北某景区呈葫芦状，一条街道有较多商住户，里面为景区，雨季期间，发生了位移监测预警，考虑诸多因素后决定实施工程治理，搬去多余土石方，确保下方城镇安全。经过筛选，拟采用电阻率法和地震反射波法进行数据采集、处理、绘图预估出土岩层分界线，通过公式估算出土石方分别多少。

该景区地貌为丘陵，地势总体南西高北东低。山坡由残积土和花岗斑岩风化土层组成，植被较发育。治理区内地质活动较弱，区内及周边主要出露为燕山第三期花岗斑岩[γ53(2)a]，斑状结构，块状构造，主要成分为长石、石英。岩石风化强烈，风化裂隙较发育，风化程度不均匀。经物探勘察结合钻探资料，勘察区地层主要由第四系覆盖层和下伏基岩组成，分为：第四系覆盖层，下伏基岩主要为中粗粒花岗岩，根据其风化程度可分为全、强、中、微风化层等。几种岩的纵波波速、电阻率，颜色各不相同，根据其特性区分可挖性。第四系土层：主要为坡残积成因砂质粘性土，大部呈硬塑状，含碎块石，需刨松或镐挖方可用铲装载，可挖性为Ⅱ-Ⅲ级，用挖掘机可开挖装载；全风化粗粒花岗岩：大部呈土状，硬塑状，含少量风化岩块，需刨松或镐挖方可用铲装载，可挖性为Ⅱ-Ⅲ级，用挖掘机可开挖装载；物探勘察把该层归入第四系土层中；强风化粗粒花岗岩：呈半岩半土层，含风化岩块，大部用镐挖松后可用铲装载，少部分需用爆破方式炸松后开挖装载，可挖性为Ⅳ级，大部可用挖掘机开挖装载；物探勘察把该层土、石方量计算把该层划入到土层方量中；中—微风化粗粒花岗岩：为坚硬岩，为次坚石或坚岩，岩质致密、坚硬，只能采用爆破方式开挖，用镐和挖掘机均无法开挖，可挖性等级为Ⅴ-Ⅶ级。风化球（孤石）：为中—微风化粗粒花岗岩，为坚硬岩，为次坚石或坚岩，用镐和挖掘机均无法开挖，可挖性等级为Ⅴ级。土层中风化球直径较大时无法直接用挖掘机开挖搬运，应归入石方中计算。最后利用公式计算，可计算出土方量、岩方量占比和数量，从而初步确定预估算，需要注意的是，计算时用到的高程为设计图测量给出的高程，实际高程以测量结果为准。这种方式计算因为是以后山周边路面边线为起算边界，而后山周边路面边线不是直线，局部为不规则的弧线，其计算结果可能与实际会有稍许出入。在最后出结论时需要对产生误差的原因、范围做出解释。