地微动探测技术在山体滑坡勘查中的应用

冯 宁

（山东省地矿工程集团有限公司，山东 济南 250011）

0 引言

随着经济的发展，我国的山体治理面积不断扩大。但频发的各类地质灾害，也在一定程度上制约国家建设的发展。如何准确地对地质灾害进行预测和防治，成为事关民生的重要课题。地震勘探技术能够获取地下岩土体结构的一维、二维或三维的波速度剖面，从而对场地效应进行评价，在很大程度上减轻了地质灾害灾害带来的损害。该文以山体滑坡灾后的应急勘查工程为例，采用地微动探测技术查明地层结构和岩性界限，为进一步确定滑坡体范围提供依据，以期为山体滑坡治理提供参考。

1 微动勘探方法

微动是指地球表层的微弱震动。微动探测技术是指利用背景噪声或者微震对地层结构进行探测的地质勘查手段。根据理论的不同，微动探测方法也有相应的区分。例如H/V 单点谱比法和天然源面波勘探法。前者首先获取某个测点的微动水平分量与竖向分量，然后计算傅里叶振幅谱比值，从而简略地对勘测区的场地进行估计；后者的基本依据是在层状介质中，由天然震源产生的瑞利面波所具备的频散特性，其主要的应用方法是空间自相关法，经过技术的发展，逐渐被扩展的空间自相关法所取代[1]。

由于天然源面波法具有较高的分辨率，不仅能够准确地探测地下水和土层岩性发生变化的分界层，还能够以排列范围为依据，确定地层的探测深度，而H/V 单点谱比法的探测深度具有局限性且无法确定所探测的具体深度[2]。因此，本次勘查选择天然源面波法作为地质勘探手段。

2 项目概况

2.1 工作区概况

工作区及周边地表自下而上出露的地层如下：1）馒头组，岩性为浅海相的灰岩、泥质灰岩和紫红色粉砂岩，夹杂着少量的生物碎屑灰岩透镜体。2）张夏组，岩性以灰色厚层鲕状灰岩、豹斑灰岩、结晶灰岩为主。3）崮山组，岩性以灰色薄层竹叶状灰岩和黄绿色页岩夹灰岩透镜体互层为主。4）炒米店组，岩性以竹叶状灰岩和涡卷状迭层石石灰岩为主。5）三山子组，岩性以白云岩、含燧石结核白云岩为主。6）东黄山组，岩性以灰色白云质灰岩、白云岩为主，夹杂少量的角砾状白云。7）北庵庄组，岩性以灰岩为主，夹杂少量白云岩。

2.2 观测仪器设备和技术参数

现阶段，国内外的相关研究在进行微动面波勘探时，多采用节点式地震仪。其中，SmartSolo 系列高保真高灵敏度节点式地震仪IGU-16HR 应用广泛，该仪器具备DTSOLO 系列地震传感器，灵敏度高，在单点接收方面的优势突出，得到勘探行业共同的认可。

在进行微动面波外业数据采集的过程中，首先要根据任务要求，对不同的探测区和震源环境进行有效性试验，从而确定台阵布设方式、排列间距、观测时长等关键参数[3]。本次微动数据采集采用30 min 观测时长、3 m道间距的线型台阵。

2.3 地球物理特征

在岩性波速特征方面，灰岩的横波速度为0.8km/s~1.6km/s。其中，风化、破碎灰岩的横波速度一般为0.8km/s~1.1km/s；未风化、完整灰岩的横波速度一般为1.2km/s~1.6km/s，二者速度差异接近500m/s。受断裂构造的影响，当岩石处于不完整状态时，通常会表现为低波速场特征。因此，可以根据等值线的变化，对地质情况进行划分[4]。

2.4 物探剖面布置

本次地面物探工作采用微动探测方法，共计实测微动测线3条，编号为1-1'线、2-2'线和3-3'线，以垂直滑坡面的方向进行布置，控制剖面长度为957 m，点距3 m，完成物理点322 点。其中，1-1'线长度为270 m，2-2'线长度360 m，3-3＇线长度327 m。

3 数据处理

微动单点探测数据处理过程可分为3 个部分：1）从时序数据中提取瑞雷波，获得其相速度频散曲线。2）对频散曲线进行反演获得地下横波速度结构。3）结合当地的地质背景对横波速度结构进行地质解释。

微动剖面探测数据处理过程可分为4 个部分：1）采用剖面台阵布置方式采集微动信号。2）从各测点记录中提取瑞雷波频散曲线，然后绘制相速度等值线图。3）计算视S波速度，然后进行插值光滑计算。4）获得二维视S 波速度剖面，进而直观地反映地层变化。二维视S 波速度剖面也是地质解释的基本依据。

4 物探解译

在进行物探解译的过程中，视横波速度断面图是主要的定性图件。由于地质体会受到作用力破碎、泥质充填、充水地带等方面的影响，会导致视横波速度断面图上出现定向延深的低速带或等值线梯级带、等值线呈“U”字型或“V”字型低速区等现象[5]。

4.1 1-1'线物探测量

1-1'线以南东方向垂直滑坡面布置，长度270 m。根据地质资料和野外调查结果，探测区出露的岩性符合北庵庄组的特点，具有中厚层灰岩夹虫迹、云斑灰岩和薄层白云岩。如图1 所示，1-1＇线剖面视横波波速断面图横向45m 以前穿过建筑工地，岩石没有出露。断面图横向48 m~123 m，高程位置为165 m~200 m，视横波波速在1000 m/s 以下，表现为低速传播。根据灰岩中横波波速物性特征，这段距离的岩性表现为破碎，推测其为滑坡体。其滑动面及软弱结构带位置如图1 所示。在断面图横向上230 m 以后，出现波速等值线由密到疏的变化，推测为断裂反映。

图1 1-1＇线微动测量视横波速度综合断面图

4.2 2-2'线物探测量

2-2'线以南东方向垂直滑坡面布置，长度360 m。根据地质资料和野外调查结果，探测区出露的岩性符合北庵庄组的特点，具有中厚层灰岩夹虫迹、云斑灰岩及薄层白云岩。如图2 所示，在2-2＇线剖面视横波波速断面图横向上60 m 以前，恰好穿过探测区建筑工地，岩石没有出露。断面图横向42 m~-147 m，高程位置是162 m~216 m，视横波波速在1000 m/s 以下，表现为低速传播。根据灰岩中横波波速物性特征，这段距离的岩性表现为破碎，推测其为滑坡体。其滑动面及软弱结构带位置如图2 所示。在断面图横向240 m 以后，出现波速等值线由密到疏变化，推测为断裂反映。

图2 2-2＇线微动测量视横波速度综合断面图

4.3 3-3＇线物探测量

3-3＇线以南东方向垂直滑坡面布置，长度327 m。如图3 所示，3-3＇线剖面视横波波速断面图横向上24 m~126m，高程位置为162 m~206 m。视横波波速在1000 m/s 以下，表现为低速传播，根据灰岩中横波波速物性特征，这段距离的岩性表现为破碎，推测其为滑坡体。其滑动面及软弱结构带位置如图3 所示。在断面图横向210 m 以后，波速等值线由密到疏变化，推测为断裂反映。

图3 3-3＇线微动测量视横波速度综合断面图

5 结论

地微动探测技术以天然源微动为基础，具有分辨率高、抗干扰能力强的技术优势，能够在山体滑坡灾害的预测与防治过程中发挥巨大的作用。该文结合山体滑坡灾后的应急勘查工程，探讨了地微动技术在滑坡勘查中的应用。结果表明以下3 点：1）工作区大部分可见基岩出露，岩性为北庵庄组灰岩。2）根据微动测量结果，剖面显示低波速区与现场滑坡情况较吻合，探测区软弱结构带在微动剖面上的位置为1-1'线123 m、2-2'线150 m、3-3'线126 m 处的低波速区。3）根据微动测量测量结果，推测工作区存在断裂1条，编号为F1，在微动剖面上的位置为1-1'线230m~270m、2-2＇线240m~360m、3-3＇线210m~312m处的低波速区。

该文探测结果与钻探结果较为吻合，说明地微动探测技术是一种适用于滑坡体地质灾害调查的物探技术，技术优势显著。在研究时，建议在物探异常的地方设置一定数量的钻孔，从而进一步检验物探测量的准确性，以便于后续工作的顺利开展。