综合物探方法在岩溶塌陷调查中的应用分析

朱德斌

摘要：随着科技的发展，物探技术不断进步。地下塌陷情况十分复杂，对地面塌陷的检测方法最直观有效的是钻孔取心法，通过对心样进行相关试验分析，可以准确地判断出不同地层的厚度和完整性等，但是这种方式有一定缺陷，取心点位的随机性较大，易发生漏检，以及取心点位的密度不足，结果代表性不够。同时钻孔取心对环境也有一定的破坏作用。近年来，国内外的许多案例表明物探检测技术对地面塌陷检测是有效的，采取合适的物探技术手段可以预先查明地面下方隐伏的塌陷隐患，及时采取措施除险，防患于未然，实现提前预防和监测灾害的发生。

关键词：综合物探方法；岩溶塌陷调查；应用分析

引言

岩溶塌陷是指地表岩土体受岩溶作用影响向下陷落并在地面上形成塌陷坑（洞）的地质现象。岩溶塌陷的形成必须具备以下3个条件：岩溶化地层，发育溶洞（溶缝或溶隙）或土洞为地下水补-径-排和塌陷物质提供储存场所或通道；基岩上覆有一定厚度的红黏土层（或完整性差的岩层）；产生岩溶塌陷的主导因素——致塌作用力（潜蚀作用、真空吸蚀、振动论及盖层失托增荷效应等）。若能利用地球物理方法实现岩溶塌陷隐患（溶洞或土洞发育）的早期识别，为制定科学合理的避让和治理技术措施提供技术支撑，对于岩溶地面塌陷的防治具有重要意义。

1综合物探技术的内容

依据综合物探技术的工作原理，可将物探技术划分为：以电性差异为基础的电法勘探；以磁性差异为基础的磁法勘探；以密度差异为基础的重力勘探技术等。除此之外，还有地震勘探、放射性勘探技术等，综合物探技术的内容涉及较广泛，且在各个领域发挥着积极的作用。从综合物探技术的实际应用来看，该技术更多地应用在地质矿产资源勘查方面，次之则会在水文地质勘查以及考古业勘查等方面有着一定的应用。从综合物探技术在地质矿产勘查中的实际应用情况来看，重点是通过电磁学与现代科技设备组合在一起，以此达到高精度、高效率、低误差的勘查目标，保障地质勘查结果的准确性。

2常用的物探技术应用分析

2.1高密度电法

高密度电阻率法是一种在方法技术上有较大进步的电阻率法。就其原理而言，它与常规电阻率法完全相同。但由于它采用了多电极高密度一次布极并实现了跑极和数据采集的自动化，可进行资料的现场实时处理与成图解释。由于电极的布设是一次完成的，测量过程中无需跑极，因此可防止因电极移动而引起的故障和干扰，数据成果能较真实地反映地层情况，可较准确地圈定电性异常区域。但使用该方法也有一定的不足，例如地层的分辨率不高，对尺寸较小的溶洞容易遗漏。

2.2地震层析成像技术

地震层析成像技术在地质矿产勘查中也有着较广的应用，该技术是借助于医学理论与地震波数据相融合来分析地下结构属性的一项技术。在此基础上，利用先进的探测仪器以及在目标介质反应回来的信息绘制成图像，以获取矿产地质勘测区域的图像结果。不过，通过大量的研究发现，由于地域辽阔，不同地区的地质条件以及地质结构有着极大的差异。在实施地震层析成像技术时，底层结构所反射回来呈现出的弹性波阻抗也是不一致的，这就为勘查人员分辨不同地质结构以及目标介质提供了有效依据。借助该项技术，可以实现对地下空间地质结构与矿物类型的科学分析。该项技术更多被运用在煤矿、石油化工生产领域以及建筑领域，作用于深层次矿产资源以及地质结构的勘测中。

2.3微动勘探

微动勘探技术又叫被动源面波法，是面波勘探方法的一种。通过从天然源微动信号中提取面波（瑞雷波）的频散曲线，然后假定计算的初始模型进行反演，进而求得相对应的横波的速度，得到地下单点横波速度结构或横波速度剖面，从而获取地下速度结构信息。微动勘探不受强电磁环境、人文工业活动干扰，不需要主动震源，对环境没有特殊的要求及破坏，可根据场地布置不同的观测台阵，成本小，效率高。由于微动勘探得到的是观测台阵所覆盖范围内地下介质的平均横波速度结构，这种平均效应影响其分辨率，观测半径越大，分辨率越低，尤其不利于分辨横向精细结构。微动勘探浅部存在一定的盲区，不适合超浅层目标体的勘查。

2.4地质雷达

地质雷达（又称探地雷达，GroundPenetratingRa⁃dar，简称GPR）方法，是利用高频电磁波（1MHz～1GHz)，以脉冲形式通过发射天线被定向送入地下。雷达波在地下介质中传播时，遇到存在介电常数差异的目标体时，电磁波便发生反射，返回地面后由接收天线接收。根据接收到的电磁波波形、振幅强度和时间变化特征推断目标体的空间位置、结构、形态和埋藏深度。

2.5电磁探测技术

电磁探测技术指的是大地电磁法，该项技术的应用主要是通过将大地电磁法中的电磁应用于该地区独有的电磁场作为场源，然后借助风的频率以及强度对目标地质实施探测工作。该项技术的应用优势在于能够探测出低频率的电磁，并且对这些低频率的电磁加以分析与处理，筛选数据，确定此地区是否存在着矿产资源。通常应用在金属矿产资源的勘查中，是初期勘探金属矿产资源是否存在的一项常用技术，通过大地电磁法的初步应用能够较好的分析出勘探地区是否存在金属矿物，以及金属矿物的埋藏深度。

3综合对比分析

从整体上看，高密度电法、等值反磁通瞬变电磁法和微动勘探法的剖面图均可划分第四系全新统冲湖积（Q4al+1）成因的黏性土层、砂土层和底部的基岩层的相对位置。三种方法在本次应用中取得了良好的效果，为地面塌陷探测提供了借鉴和参考。

三者对比分析可以看出，在地表存在一较大塌陷（T2），和地表塌陷坑的位置十分吻合，塌陷坑的深度在8m左右，邻处塌陷坑底有隆起的形态，推断为两个小的塌陷坑连通所引起；在地表另一塌陷（T1），和地表塌陷坑的位置十分吻合，深度在6m左右，面积也较右侧的塌陷坑小；在深度24m左右，等值线比较密集，推断为基底上顶的分界面，三者略有差异；在下方基岩有较为明显的下陷甚至破碎的可能，推断塌陷是由于基底沉降所导致。综上所述，高密度电法纵向分辨率比较高，对浅部的低阻体识别效果很好，对两个塌陷坑的形态划分非常清晰，由于装置的原因，剖面图为倒梯形，深部数据越来越少，其分辨率也相对较差，对一些深部小的异常往往不能较清晰地反映出来，在本次基岩上顶的边界的识别上较其他两种方法分辨率稍低；等值反磁通瞬变电磁法对大塌陷坑和深部基底上顶界面的划分比较清晰，由于存在关断时间，浅部分辨率稍显不足，在小塌陷坑（T2）的识别上表现不那么明显；微动勘探横纵向分辨率都表现很好，能清晰地识别出基岩上底界面和基岩内视横波速度的变化，但其浅部存在明显的盲区，需要参考高密度电法剖面才能准确识别出两个塌陷坑的具体位置。综合来看，高密度电法对浅部低阻体异常有很好的探测效果，而等值反磁通瞬变电磁法和微动勘探法则在中深部分辨率比较高。

结语

针对岩溶塌陷探测分别采取了高密度电法、等值反磁通瞬变电磁法和微动勘探法，在勘查中均起到了很好的效果，证明了三种物探方法对于塌陷区的位置圈定，异常的分布范围和规模大小的查明具有显著成效，为塌陷的探测提供了借鉴。三种方法的综合运用，分别从视电阻率和视横波速度两种不同的物性参数来分析岩溶塌陷的赋存特征，使物探勘探结果得到相互印证，降低物探成果的多解性，有助于提高物探解疑的准确率。

参考文献

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