地裂缝地质灾害调查中的综和物探技术应用
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摘要:结合地裂缝地质灾害地质调查项口，介绍综合物探技术在地裂缝地质灾害中的应用，在地裂缝地质灾害调查中所能解决的地质问题、解决的程度、适用条件、准确性等方而，表明综合物探技术是一种数字化、高精度的解决地裂缝地质灾害调查的有效手段。
关键词:地质灾害、物探技术、地裂缝
中图分类号： F407.1 文献标识码： A
结合地裂缝地质灾害调查区的地球物理前提条件、需要解决的地质问题及地质调查成果，有针对性地并经过现场试验后选择合理、有效、经济的物探方法。主要指导思想为以点带面，重点突破。开展综合物探工作。研究地裂缝在垂直方向向下延伸发育特征以及与下伏基岩断裂构造的联系，分析地裂缝的成因，探讨形成地裂缝形成的主要因素。最终选择了瞬态瑞利面波法、地震映像方法技术。
1、地球物理技术方法
1. 1、地震映像
地震映像法是继反射波多次覆盖技术后，近年来发展的一门工程物探新技术，通过采用固定的偏移，一发多收的方式探测岩土介质性质，是以物性差异为基础的地球物理勘查方法，其优点是数据处理简单，不需做动校正处理。因此，不存在由于动校正造成的波形拉伸畸变或近地表广角反射引起的畸变。通常把野外采集的地震波形记录在计算机上经过道编辑、能量补偿、滤波、拼接、时深转换等数据处理。对反射能量以不同的、可变换的颜色表示，即可直观地反映出地质体的变化特征和形态，已广泛应用于浅层地质勘查中，并获得了良好的应用效果。本次地质调查主要用于对地裂缝的精细探测，从另一个物探技术角度来相互验证。消除物探技术方法的多解性。
地震映像法采用人工竖向击发纵波，多个不同主频率的检波器一起接收，可以形成同一测线的对比与定量解释。针对地裂缝局部重点部位，垂直地裂缝走向布设剖面，数据采集应用SWS-4道地震仪，复式多道观测系统。采用固定偏移距10m，点距5m，仪器采样间隔0.5ms，采样点数1024。记录长度512ms。采用落锤震源，下部垫铁板。配备L10、L40、L100型检波器和地震电缆接收。在地表地裂缝出露处采用小点距2m增加采集数据量，便利于在时间剖面上准确识别地裂缝的空间赋存与向下部延伸情况。
1. 2、瑞利面波法
瑞利面波法是一种利用瑞利面波的运动学与动力学特征，进行地裂缝地质调查的地球物理勘探方法。在地面上竖向激震时，会在其表面附近产生瑞利面波。而瑞利面波有三个与地裂缝地质调查有关的重要特征:
(1)面波在自由表面附近传播时，质点在波传播方向的垂直平面内振动，振幅随深度呈指数函数急剧衰减，质点的振动轨迹以波传播的方向或反方向的椭圆轨道运动。
(2)面波的水平和垂直振幅从弹性介质的表面向内部呈指数减小，大部分能量损失在1 /2波长的深度范围内，这说明面波某一波长的波速主要与深度小于1 /2波长的地层物性有关。
瑞利波的勘探效果与工作中选取的参数、野外工作经验有很大关系。工区部分地表条件复杂，现场数据采集采用纵向排列接收瑞利波。首先作现场试验，根据场地情况，选取合适的工作参数，在本次勘探工作中采用偏移距10m，道间距1m，点距5m，采样间隔0.5ms，采样点数1024。瑞利波的勘探效果也与激发能量和频率密切相关，要求单次激震有较宽的频谱范围和一定的能量。经野外反复试验，震源采用了63.5kg标贯重锤，由人工用三角架、倒链吊起，距离地表2~3m高处落下震击地表。接收采用了4Hz检波器接收，采集道数12道，全通滤波方式，效果较佳。
2、综合物探成果解释分析
物探资料的野外采集是整个物探工作的关键保证，物探资料的内业整理也极其重要，而物探成果的地质解释，即物探成果转化为地质成果则是整个物探工作的落脚点，是物探工作的重中之重。
由图1可以看出利用不同频率的检波器接收，相对于同一地层却有不同的反映特征，其原因在于4Hz与40Hz的检波器对地层有不同的分辨率。结合工程地质调查该测线后段为砂层松散岩土体，4Hz低频检波器接收波长分辨不出该砂层。符合低频穿透深度深，高频穿透深度浅的客观规律。从图中可以非常清晰地看出地裂缝分布位置以及两种不同检波器接收得到的有效对比。地震反射波在岩土层传播过程中，振幅的衰减程度、频谱的变化也都反映出岩土层的物理性质的变化。利用人工激发的地震反射波，从地表向地下深部传播过程中，遇到地层分界面或不整合面时，由于反射效应的原因，同时因地层的吸收滤波作用，波动经反射到达地面时，对浅部异常部位反映清晰，分辨率较高，工作效率也较高，成果直观。对调查区地裂缝研究反射波组表示的第四系地层浅部界面形态及地裂缝的纵向延伸情况，解释出地层结构变化，分析地裂缝在垂直方向的发育特征，表明了该方法的有效性和实用性，提升了调查精度与准确性。
图2、图3是根据实测频散曲线的变化规律(斜率、拐点等特征)进行的地层、异常部位划分。主要参照地层速度参数，将测线各个点面波速度相近的划分为同一层。
瑞利波勘探是按波速的变化来划分地层的，或者说是按土的物理动力学性质划分的，不同于钻探按土的地质成因、颗粒级配及塑性指数来划分地层。在地质体的地裂缝部位，因其裂隙发育、松散，相对于周边原状土体波速高低形成异常差异，据此可以圈定地裂缝位置与空间分布状态。依据瑞利波勘探线上的各个单点瑞利波频散曲线图资料，按照面波速度变化规律勾勒出该测线的物性速度界面，结合区域地质资料作进一步分析比较，采用专业处理软件构绘成的面波勘探彩色成果图，推断解释地裂缝的位置及向下部延伸情况经探槽验证，对应得很好。
本项调查工作各地的面波速度与勘探深度不近一致，徐水地区面波速度较高，一般在120~450m/s，勘探深度可达40m，此外在图2左边即西侧20m处，虽然地表没有地裂缝出露，但根据等速度地层剖面，这一异常位置反映为潜在的地裂缝、破碎带或地层相变位置，反映了物探技术的多解性。需要其他技术手段来验证。饶阳面波速度仅为100~250m/s，勘探深度约20m。结合区域地质调查物探测试点在地理位置跨度大，由北向南、从山前及冲击平原，岩土体密实度由密实向松散过渡，符合客观规律。造成地表裂缝的地质原因很多，物探勘查取得了高质量的直观图像，也充分说明本次在该区域投入面波勘探方法是行之有效的。
通过综合物探的实测以及结合区域地质调查、钻探、槽探资料分析认为:发生地裂缝的位置与沉积层下伏基底构造、断层活动和第四系地层岩性及岩相条件所构成的薄弱地域有联系。处于基底构造复杂，地震活动频发的地质环境和大量开采地下水，引起地下水力波动，含水土层失水收缩差异变形面形成大面积地面沉降的人文活动背景，构成地裂缝发生、延伸发展的自然内应力和人文外应力叠加促动的复合作用，是现今华北平原地裂缝生成发育所反映的综合作用结果与成因模式。
综合物探方法用于解决地裂缝地质灾害地质调查具有高效、数字化、全面、直观完整等优点，尤其在确定出露地裂缝是传统的技术方法所无法具备的优势。但是，在确定隐伏地质体异常部位，判定该异常为地裂缝、破碎带及地层相变物探方法目前仍存在一些难以解决的技术问题，例如多解性等。为使综合物探方法更加完善，更好地用于地裂缝地质调查，有待于进一步地深入研究和方法实验。
3、结语
总之，鉴于地裂缝的地质调查是一项难度较大的实际问题，调查成果的精度直接关系到当地人民群众的生命财产的安危，所以在应用物探方法对其进行调查时，地球物理前提条件一定要适宜;十分重要的是要进行一定量的实地试验工作，慎重选取合适的各种技术参数，以确保物探方法的有效性。由于地裂缝地质调查的复杂性，所以在应用物探方法时，应充分掌握调查区内的地质资料，同时应充分发挥地质调查与钻探资料的作用，最大可能地消除物探方法本身存在的多解性。
参考文献:
[1]杨成林.瑞利波勘探.[J].北京:地质出版社.2011.
[2]谢昭晖.钟和.陈昌彦.瑞利波勘探技术在岩土工程勘察中应用.[J].物探与化探.2011.