1. 引言

 

  河北省徐水縣瀑河鄉(xiāng)向陽村是1958年由瀑河水庫庫區(qū)遷來，屬于低山丘陵區(qū)。北西南三面環(huán)山，東臨瀑河水庫。現(xiàn)有農(nóng)戶136戶，人口503人。1967年在村內(nèi)由西向東，由北向南出現(xiàn)塌陷開始，此后幾乎每年都出現(xiàn)塌陷，到1995年后災(zāi)害日益嚴(yán)重，出現(xiàn)大面積塌陷。塌陷頻率逐年增高，塌陷范圍逐年擴(kuò)大。伴隨地面下陷，房屋出現(xiàn)裂縫、傾斜，居民住戶被迫搬遷。嚴(yán)重危及村民的生命財(cái)產(chǎn)安全。每逢雨季，人心慌慌，個(gè)個(gè)自危。該村的地質(zhì)災(zāi)害受到各級政府的關(guān)心，市縣鄉(xiāng)政府多次派人調(diào)查，村民采取了部分措施，但難以抵制災(zāi)害的發(fā)生發(fā)展。2008年保定市國土局申請河北省財(cái)政立項(xiàng)，對向陽村地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行綜合調(diào)查和恢復(fù)治理，消除隱患，保證村民的生命財(cái)產(chǎn)安全。

 

  通過綜合物探測量、工程勘查和水文地質(zhì)調(diào)查分析，查明該村地面塌陷主要是由于地表水的滲灌及地下水的經(jīng)流所造成，經(jīng)過一年多時(shí)間的恢復(fù)治理，已取

 

  得了明顯的效果。本文主要介紹淺層地震和高密度電法在該項(xiàng)目中的應(yīng)用效果。

 

  2. 基本概況

 

  分布的地層主要為第四系，約占全村五分之四面積。上部以黃土狀粉土為主，局部為粉質(zhì)粘土，具自濕陷性及高壓縮性。土層內(nèi)垂直節(jié)理發(fā)育。自上而下可溶性物質(zhì)含量增高。厚度2—30m；底部為碎石夾粉質(zhì)粘土，厚度1—3m。村西和村北厚度小，一般10—20m，村南和村東厚度大，一般為30—40m，村中間受構(gòu)造影響有一隆起帶，厚度變小，約20—30m。在村子周邊的小山上分布有震旦系上統(tǒng)景兒峪組(Z3J)中厚層石英砂巖，局部夾薄層粉砂質(zhì)頁巖，受區(qū)域變質(zhì)影響，膠結(jié)物硅化，巖石堅(jiān)硬，節(jié)理不甚發(fā)育。震旦系上統(tǒng)下馬嶺組(Z3X)出露面積很小，僅在村東排水渠內(nèi)見到。巖石為褐紅－灰褐色千枚狀泥質(zhì)頁巖，薄層狀；震旦系中統(tǒng)鐵嶺組(Z2t)出露范圍較大，為白云質(zhì)灰?guī)r。受構(gòu)造及其它地質(zhì)作用，直立裂隙十分發(fā)育，沿裂隙面有溶蝕，局部可形成溶洞。

 

  向陽村正處于近南北向和近東西向兩組斷裂交匯處，斷層構(gòu)造比較發(fā)育。基巖比較破碎，在基底形成大小不等，縱橫交錯(cuò)的裂隙，構(gòu)成地下水暢流通道。加上水庫水位隨季節(jié)性變化較大，地下水位升降變化強(qiáng)烈，引起孔洞上覆土層擾動(dòng)破壞；地表水徑流強(qiáng)烈，其搬運(yùn)能力強(qiáng)，將孔洞內(nèi)細(xì)顆粒物帶出，加劇了塌陷的形成。

 

  3. 物探方法與技術(shù)

 

  工程物探的主要任務(wù)是查明向陽村及周邊第四系覆蓋厚度，與地面塌陷有關(guān)的斷裂構(gòu)造，圈定塌陷發(fā)育地帶和隱伏洞穴分布范圍。工作方法使用高密度電法和淺層地震反射波法，共布設(shè)高密度電法剖面13條，共5.5km，2條淺層地震反射剖面，共1.0km。受場地限制，無法采用規(guī)則測網(wǎng)。沿村子內(nèi)的街道和小路布設(shè)，高密度電法剖面主要采用南北向布設(shè)，淺層地震剖面采用“十”字布設(shè)，南北、東西方向各一條。  高密度電法使用重慶奔騰地質(zhì)儀器廠生產(chǎn)的WGMD-3(60道)高密度電阻率測量系統(tǒng)，淺層地震是采用德國DMT公司研發(fā)的地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)—SummitⅡplus地震儀。

 

  通過野外方法試驗(yàn)，高密度電法選擇α（溫納四極）工作方式，電極距5m，控制深度數(shù)據(jù)16層（探測深度約45米）。野外工作時(shí)一次布設(shè)60個(gè)電極，電極轉(zhuǎn)換開關(guān)按α方式進(jìn)行組合控制儀器觀測每個(gè)數(shù)據(jù)上的ΔU值、I值，經(jīng)自動(dòng)計(jì)算視電阻率，存儲(chǔ)在儀器內(nèi)。一個(gè)排列完成后，向前滾動(dòng)12個(gè)電極，再重復(fù)以上測量，直到整個(gè)剖面測量完畢，把數(shù)據(jù)傳到計(jì)算機(jī)內(nèi)，使用專用軟件進(jìn)行資料處理和二維反演計(jì)算，最后，根據(jù)ρs值繪制等值線擬斷面圖（色階圖）。

 

  淺層地震采用多次覆蓋觀測系統(tǒng)，道間距2米，偏移距2米，32道接收采用，覆蓋次數(shù)為12次，記錄長度1s，記錄間隔為0.5ms，24磅錘擊震源。淺層地震資料處理的重點(diǎn)是進(jìn)行消除和壓制干擾、提高信噪比和分辨率。使用軟件是美國FOCUS 2.0進(jìn)行處理，根據(jù)本次工作的方法特點(diǎn)和資料特征，采取的基本數(shù)據(jù)處理流程包括數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、道編輯、頻譜分析、數(shù)字濾波、動(dòng)校正、速度掃描和速度譜分析、CDP疊加以及道均衡處理，最終得到水平疊加的時(shí)間剖面。由速度譜分析和速度掃描得到較準(zhǔn)確的各層均方根速度模型，根據(jù)均方根速度與其速度的關(guān)系，對比分析時(shí)間剖面的反射波組，確定反射層的構(gòu)造形態(tài)，從而獲得相應(yīng)的解釋剖面。

 

  4. 主要成果解釋

 

  4.1 地層解釋

 

  由高密度電法二維反演電阻率斷面圖分析，本區(qū)可分為三個(gè)電性層，視電阻率小于50Ωm的低阻層分布在25-35m以上大部分區(qū)域內(nèi)，主要是黃土狀粉土、粉粘土層的反映；視電阻為50-100Ωm的中阻層分布在6-10m深度范圍內(nèi)，分布不均勻，成斷續(xù)短軸狀、長軸狀出現(xiàn)，主要是局部砂卵石層引起。地表水泥路面也為中等電阻率；視電阻率大于100Ωm的高阻層主要分布在25-30m以下，是區(qū)內(nèi)基巖的反映。

 

  淺層地震剖面在100-140ms內(nèi)有比較強(qiáng)的反射波組，同向軸清晰、連續(xù)，是基巖的反映，埋深22-32m，與高密度電法反映深度基本一致。

 

  4.2 隱伏斷裂破碎帶劃分  從水文地質(zhì)資料分析，隱伏的斷裂、破碎帶是造成向陽村地面塌陷的主要地質(zhì)因素，查明隱伏的斷裂、破碎帶是本次物探工作的主要任務(wù)。斷裂、破碎帶與圍巖有明顯的物性差異，由于斷裂破碎帶內(nèi)賦存水或泥土充填，在ρs斷面圖上有明顯的低阻異常帶，ρs等值線密集，呈階梯狀或漏斗狀。在淺層地震時(shí)間剖面上主要表現(xiàn)為反射波同向軸不連續(xù)或錯(cuò)斷等。  區(qū)內(nèi)推測斷裂破碎帶3條，其中北東向斷裂有F1、F2，北西向斷裂F3。

 

  F1位于向陽村中南部，北東走向，兩邊都向村子外延伸到山中。6條高密度電法剖面上都為相對低阻異常，低阻異常帶呈漏斗狀，向下深入到基巖，在淺層地震時(shí)間剖面上時(shí)間同向軸明顯錯(cuò)斷。推測斷裂傾向北西，傾角65-70°。鉆孔ZK2-1孔在深度0-9.5米處為粉土、粉質(zhì)粘土，9.5-20.3米處為礫類土，裂隙發(fā)育，漏水嚴(yán)重，20.3-33.4米段為強(qiáng)風(fēng)化白云質(zhì)灰?guī)r，巖石破碎，有粉土充填，33.4米以下為白云質(zhì)灰?guī)r，巖石張性裂隙發(fā)育，有粉粘土充填。

 

  F2位于村子北邊，走向北東，北東向延伸出村外。2條高密度電法剖面都有低阻異常帶顯示，呈階梯狀；淺層地震時(shí)間剖面上同向軸增加、有明顯錯(cuò)斷。推測斷裂傾向北西，傾角較陡。ZK3-1孔在0-21.2米處為耕土、粉土、粉質(zhì)粘土、局部含少量礫類土，21.2-28.7米處為風(fēng)化砂巖、巖石破碎，有粉粘土充填，28.7米以下為基巖，基巖張性裂隙發(fā)育，有粘土充填。

 

  F3位于村子西邊靠近山邊，走向北西，南東延伸出村外，4條高密度電法剖 圖2 典型淺層地震剖面（2000線）面有相對低阻異常顯示，異常成階梯狀。推測斷層傾向南東，傾角較陡。

 

  4.3 塌陷區(qū)圈定

 

  所圈定的塌陷區(qū)是指土層或基巖地層的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造遭受到破壞，已經(jīng)或?qū)?huì)產(chǎn)生塌陷性地質(zhì)災(zāi)害的區(qū)。主要根據(jù)物探資料推測的隱伏斷裂破碎帶，結(jié)合地表調(diào)查發(fā)現(xiàn)的塌陷現(xiàn)象進(jìn)行圈定的。

 

  共圈定3個(gè)塌陷區(qū)，分別位于向陽村的南邊、北邊和西邊，主要沿F1、F2、F3斷裂破碎帶分布，都分布于斷層的上盤。分析認(rèn)為是由于地下水沿?cái)嗔哑扑閹Я鲃?dòng)產(chǎn)生搬運(yùn)、溶蝕作用造成的塌陷。其中F1、F2斷層已為鉆孔ZK2、ZK3所證實(shí)。

 

  5. 結(jié)論

 

  巖溶、塌陷是一種典型的不良地質(zhì)現(xiàn)象，危害越來越明顯。由于巖溶發(fā)育的不確定性和隱蔽性，因此，僅靠鉆探手段很難以達(dá)到要求，工程勘察難度較大。一方面鉆孔的布設(shè)有一定的盲目性，局部巖溶發(fā)育地段會(huì)被遺漏，另一方面，發(fā)現(xiàn)有巖溶、塌陷分布的地段，也很難探明其規(guī)模、形態(tài)和分布規(guī)律。物探方法具有設(shè)備輕便、勘探快速、經(jīng)濟(jì)，而且可以進(jìn)行連續(xù)的剖面勘探。因此物探方法可作為巖溶、塌陷區(qū)鉆探的先行手段，在巖溶、塌陷工程勘察中可起到前期指導(dǎo)和后期補(bǔ)充作用。

 

  實(shí)踐證明，在地面塌陷調(diào)查中，高密度電法和淺層地震勘探是有效的物探方法，可為塌陷區(qū)的調(diào)查、塌陷原因分析、災(zāi)害預(yù)測和治理提供重要依據(jù)。