2018综合物探方法在地面塌陷勘察中的应用

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　　1 工程概况
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　　 南京市江宁区陈家边居民区出现地面塌陷，威胁着当地居民的生命财产安全。塌陷区历史上曾开采过煤炭，地面曾分布有多个井口，目前已全部填平。我院对塌陷区进行了浅地震、高密度电法和探地雷达三种方法的综合物探勘察，以查明塌陷原因及危险区域，查明井口分布位置及性质，查明地下采煤坑道的分布范围及深度，从物探角度进行分析研究，为下一步灾害治理提供物探依据。
　　 根据现场条件，共布置7条高密度电法测线，6条浅层地震测线，完成探地雷达测点4050点，本次综合物探勘察工作发现了8处异常点，确定了部分异常点为井口位置，划分了地下异常区域，并对综合物探异常点进行钻探验证，完成了本次物探勘察任务。
　　2 工区地质概况及物性特征
　　 2.1地质概况
　　 钻孔资料揭示塌陷区覆盖层主要为耕土、杂填土等，基岩为砂岩、泥质粉砂岩。
　　 2.2物性特征
　　 根据以往资料，区内主要岩性的物性参数归纳于表1。
　　 分析物性表可知：
　　 ⑴坑道顶面可构成良好的地震反射界面；在地震时间剖面图上出现绕射、相位突现、反射相位不连续、信号紊乱等现象。
　　 ⑵井中及坑道被土或水充填时，与周边基岩存在较大电磁波介电常数及电性差，这是探地雷达和高密度电法进行坑道探测的地球物理前提。
　　 物性参数表表1
　　地层名称 岩性 波速 电磁波介电常数 电阻率（Ω?ｍ）
　　 Vs(m/s) Vp(m/s)
　　Q 杂填土 120-240 600-1300 4-30 30-50
　　 砂岩 1100-2800 3800-4850 6 300-10000
　　 泥质粉砂岩 450-1270 1100-2280 5-15 100-3000
　　3 工作方法与技术
　　3.1工作难点
　　 塌陷区位于居民区，建筑物较多，场地条件限制了各种物探方法的测线布置，从而影响勘察效果
　　3.2技术思路。
　　 根据规范要求及以往物探经验，结合本次工作目的及现场地质条件，本次勘察主要采用浅地震横波法和高密度电法，浅部辅以探地雷达勘测手段。
　　3.3测线布置、工作量
　　 本次勘察根据测区地形特点及现场条件，结合当地居民指出的原有井口位置，东西向布置了A1至A4、南北向布置了A5至A9测线，其中A1、A2、A4测线穿越当地居民指出的原有井口位置，高密度电法在测线A1、A2、A3、A4、A5、A7、A9上开展工作；浅层地震勘察在测线A1、A2、A3、A4、A5、A7上开展工作，探地雷达在测线A2、A3、A4、A6、A7、A8上开展工作。
　　3.4测地工作
　　 本次所有物探测线位置，均根据1：1000地形图定点进行布置，端点坐标采用GPS进行测定，所有地震检波器、炮点位置和电法电极布设均采用测绳量距法确定。
　　3.5浅地震勘察
　　 （1）仪器设备
　　 地震仪：采用美国最新产品NZXP专业型高精度浅层地震仪。
　　 震源：采用18磅大锤锤击铁板方式。
　　 检波器：采用38Hz横波检波器。
　　 （2）施工方式
　　 本次地震勘察采用横波反射法，经现场试验、施工选用参数为：
　　 道间距：1m排列长度：23m
　　 迭加次数：4次 中间激发
　　 记录长度：1024ms采样率：1ms
　　 （3）资料处理
　　 根据单炮记录特征及勘探目的层要求，首先对野外地震仪采集的有效炮进行常规处理，工作流程为：数据解编→动平衡→频谱分析→滤波→速度分析→抽道→动校正→剖面输出。
　　 在上述常规处理的基础上，后期在工作站进行真振幅恢复，多道反褶积、FK滤波等特殊处理，以及动平衡、剖面滤波，归一化处理，以期达到突出有效波、压制干扰波之目的，形成最终反射地震时间剖面图。
　　3.6高密度电法
　　 （1）仪器设备
　　 高密度电法勘察采用国产DUK―2型多功能数字电测仪。该仪器观测精度高，且采用人机对话方式，操作方便。
　　 （2）施工方式
　　 工作装置采用温纳装置。电极间距离1―2米，一次布极60―110根，排列长度为120―220米，每排列观测29层。供电采用270伏直流电。
　　 （3）高密度电法资料处理
　　 所有高密度电法勘察采集的视电阻率值（ρS）资料经输入计算机处理后，绘制成高密度电法视电阻率断面图和反演解释断面图。
　　3.7地质雷达
　　 （1）仪器设备
　　 外业数据采集系统采用瑞典产RAMAC型地质雷达及与其配套的低频天线。
　　 （2）施工方法及参数设置
　　 观测方式采用沿剖面连续测量。扫描数、天线频率、记录长度等技术参数根据现场试验取得。
　　 天线频率：250MHz、100MHz 采集模式：连续
　　 记录长度：180ns、320ns 样点数：512
　　 字节数：16
　　4 工作成果及解释
　　4.1浅地震勘察成果解释
　　 分析所获得的横波反射资料，时间剖面（插图1、2）波组发育特征反映的地下地质情况自上而下解释如下：
　　 （1）时间剖面显示浅部20-70ms 发育有一反射波组，该波组反射能量较强、平缓完整，相位较稳定，连续性好，反映的是测区基岩面起伏形态，基岩埋深2-7m。
　　
　　
　　 插图1A2测线地震时间剖面
　　
　　
　　 插图2A3测线地震时间剖面
　　 （2）时间剖面显示150ms以浅基岩内波组不发育，未见异常相位出现，特别是绕射相位出现，反映地震测线上25m以浅应无坑道存在。
　　 （3）时间剖面显示200ms附近相位较发育，存在多组反射相位，反映基岩内该段物性变化较大，其深度应大于35m，特别是A3测线61-152m（时间剖面图61-243CDP段）处，反射相位起伏变化多、连续性差，局部有绕射相位出现，反射波波组特征与两侧相比显得比较紊乱（插图2），一般而言，基岩内物性的变化、采过煤的坑道、蜂窝状煤层都能产生此类相位特征，而该段为已知井口及塌陷点较集中区，因此该异常段应为本次灾害地质调查重点关注区域。
　　 4.2高密度电法成果解释
　　 高密度电法发现低阻异常点8个，分别为Y1、Y2、Y3、Y4、Y5、Y6、Y7、Y8，各异常点所在测线及特征分别叙述如下：
　　 （1）A1测线
　　 A1测线位于勘察区域的北面山坡上，高密度测线长118m，方向近东西（插图3）。
　　 该测线的中心经过老乡指认的旧矿井正上方，在测线62m（高密度视电阻率断面图58m）正下方，视电阻率曲线呈现直立条带状的低阻特征，反演解释断面图上有一明显的直筒状低阻异常，编号Y1，该异常推断为旧矿井的反映。
　　
　　
　　
　　
　　 插图3A1测线高密度电法视电阻率等值线反演解释断面图
　　 （2）A2测线
　　 A2测线位于勘察区域的中部，高密度测线长178m，方向近东西（插图4）。
　　 该测线经过老乡指认的旧矿井旁，在测线67m（高密度视电阻率断面图64m）的下方，视电阻率曲线出现低阻异常，反演解释断面图上有一明显的直筒状低阻异常，编号Y2，该异常推断为旁侧旧矿井的反映。
　　
　　
　　 插图7A2测线高密度电法视电阻率等值线反演解释断面图
　　
　　
　　 插图6A1测线高密度电法视电阻率等值线反演解释断面图
　　
　　 插图4A2测线高密度电法视电阻率等值线反演解释断面图