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（贵州理工学院，贵州 贵阳 550001）
【摘要】：本文通过历次武汉市地面塌陷物探工作的总结，讨论了各种物探方法的应用地质效果，总结了合理的物探勘查方法组合，对今后工作提出了建议。
【关键词】：地面塌陷；物探方法技术；方法组合
1、引言
武汉市地跨长江、汉水，独特的地理、地质构造环境，形成了复杂的水工地质条件。在东西走向的灰岩条带中，不同程度地发育着岩溶。历史上多次发生地面塌陷，给国民经济建设和人民生命财产安全带来危害。为抗灾救灾，防治并进，湖北省地质环境总站开展了大量的地质工作，基本查明了地面塌陷发生的地质构造特征，提出了防治措施，起到了较好的效果。作为现代化勘查技术的物探方法，在其中也得到较广泛的应用，发挥了应有的作用，积累了有益的经验。
2.地质与地球物理条件
武汉市地处长江、漢水两岸阶地，第四系覆盖广泛，具粘土-砂（砾石、卵石）层的二元结构；下伏基岩从志留系-三叠系分布基本完整，地层走向主要呈近东西向。地面塌陷主要发生在一级阶地的东西向灰岩条带上，构造部位属向斜轴部，岩性为三叠系大冶灰岩，二叠系栖霞灰岩，石炭系黄龙灰岩。当灰岩与白垩系-晚近系，砂岩接触部位，岩溶相对较为发育，如武昌陆家街-烽火村一带，最具代表性。基岩中的岩溶及其第四系覆盖层中的扰动土层是地面塌陷害发生的地质原因。
多年的物探工作积累了较丰富的物性资料，归纳后得出如下规律：
第四系土层（Q）：具有最低电阻率，低介电常数，最低密度特征；
页岩、泥岩（P）：具有低电阻率，低介电常数，低密度特征；
砂岩（K-E）、砂页岩（S）：具有较低电阻率，较低介电常数，较低密度特征；
石英砂岩（D）、硅质岩（P）：具有最高电阻率，高介电常数，较高密度特征；
灰岩（T.P.C）：具有高电阻率，高介电常数，较高密度特征；
上述物性特征均是在致密块状赋存条件下（第四系除外）基岩所具有的物性特征。当然，基岩中所发育的岩溶裂隙带和断裂破碎带都会产生相应的物性变异而呈现出低电阻率、低介电常数、低密度的物性特征。
应指出的是，位于闹市的塌陷区一般工业游散电流及高压线、地面（表）电性不均匀体，电气设备等干扰因素复杂且相当强度；相对地震法而言，人文干扰震动也具相当强度。
工作中，只要物探方法选择合适，技术措施得当，就有可能获得目标（的）物的地球物理信息，为我们所识别。
3.物探方法技术应用特点
自上个世纪七十年代中南轧钢厂地面塌陷物探工作之始至今，历时三十多年的地面塌陷物探工作大致可划分为三个阶段。它们的推进反映了物探勘查技术的科技进步历史。
第一阶段：由于缺乏经验，对地质-地球物理条件不明，方法选择主观因素居重；投入方法较单一，以重力，直流电测深为主；应用效果不明显；
第二阶段：资料积累有限，地质构造和物性条件认识欠全面深入，尽管开始注重综合方法投入但方法应用针对性不强，方法效果得到了改进；
第三阶段（现阶段）：随着查证工作的深入和认真总结，对地面塌陷产生的地质构造要件和机理有了新的认识，注重不断应用新的物探方法技术，灵活地进行方法优选组合，经济快速地获取最佳探测效果。
近些年来，在发挥传统方法功效的同时，也将一些新的方法陆续引入到武汉市地面塌陷灾害勘测中来，诸如高密度电法、地质雷达、浅层地震层析成像技术、瞬变电磁测深（TEM）、EH-4（大地电磁测深）、可控源音频大地电磁测深、核磁共振探水技术等。不少新方法取得了较好的探测效果，代表了灾害物探发展的现代化进步。
此外，针对市区工况条件复杂，干扰强的特点，采用一些抗干扰技术，如直流电法的“软接地”技术，基本可以克服水泥-沥青路面的接地干扰；新电法仪器应用“陷波”技术，可使抗工频电流干扰达800dB以上；浅震引进抗干扰软件，可以较有效的压制人文震源干扰等。
4.探测的地质效果
4.1地质填图的探测效果
物探进行地质填图主要是查明覆盖条件下的基岩岩性和各种构造，岩性界面，褶皱与断裂构造，地层产状等。其中灰岩是填图工作的基础目标物。
2000年4月6日，武昌烽火村一带发生较大规模地面塌陷，陷坑多达20余个。规模大者直径达几十米见方，最小者直径仅1米。由于陷坑位于居民区，引起了社会关注和市政府的高度重视。为全面查清塌陷区地质构造特征，及时安排了物探综合方法，开展地质填图工作。经过方法试验对比，方法试验，主要有直流电测深、瞬变电磁法（TEM）、浅层地震、地质雷达等。认为直流电测深抗干扰能力较强，效果较直观，成本较低，而被选中。
填图工作中，直流电测深发挥了很好的功效，准确地区分了覆盖条件下面K-E的沙岩与灰岩（T）的复杂接触关系，呈犬牙交错的格局。后经钻探验证，岩性判断准确率达90%以上。灰岩的高阻异常十分清晰，其“断开”部位则指示了断裂带或岩性接触界面；较有意义的是那种“阶梯异常”，往往指示了灰岩顶板还覆盖了一层厚度不大（数米至十余米）的粘土岩，后为钻探成果证实。
4.2物探技术在地面塌陷中的应用效果和监测预警
近年来，在开展地面塌陷灾害监测与预警工作，选择了高密度电法+地质雷达+大地电磁测深（EH-4）的方法组合，目标十分明确；灰岩中发育的岩溶裂隙带是目标（的）物，以高密度电法为主，探测深度40～50米；第四系中的“扰动土层”和洞穴是浅层目标（的）物，以地质雷达为主，探测深度约20m；大地电磁测深则主要研究中深部地质构造特征，提供地质背景信息。深部高阻异常范围大且基本连续，为灰岩反映；在120点出现直立柱状高阻异常，其两侧存在明显的地阻变异。而在80点出现一处“悬胆”状低阻圈闭异常，清晰地显示了当年地面塌陷区土层扰动-回填洞穴的形态特征；大号点一侧存在低阻凹陷，还伴生有中浅部位的低阻异常，指示了基岩中岩溶发育特征和第四系土层中的扰动现象。该区是地面塌陷的“敏感区”，依据局部低阻凹陷异常圈定了四处岩溶裂隙带，并尝试性地推断了两处土层扰动，供地质上参考。这些成果对监测预警项目提供了地球物理资料。
4.3治理效果的检测
在陆家街地面塌陷治理中，运用地质雷达检测第四系底部土层高压水泥注浆密实度，效果较为理想。注浆密实部位反射信号增强，经彩色图像处理后为红色亮点密集区；反之，注浆密实程度差的部位则呈现暗灰色图像特征，两者差异一目了然，为评价注浆质量提供了较准确的依據。
3.4方法探测效果的小结
武汉市地面塌陷物探所投入的方法可以合为以下几类：
（1）直流电法：电剖面，电测深，高密度电法。（2）电磁法：地质雷达、瞬变（TEM）、大地电磁测深（含可控源）。（3）浅震。（4）高精度重力。（5）高精度磁测。
直流电法中，电测深，高密度电法效果较好。相较而言，高密度精度更好一些，但推测深度有限；电测深可深可浅，施工条件受布线影响更大。
电磁法均具有更好的精度和横向分辨力，由于观测信号弱易受干扰影响。地质雷达浅层探测能力很强，但深度有限；大地电磁测深经济成本较高，主要用于中深探测；瞬变电磁测深存在起始深度问题，浅表层信息往往会“损失”掉。
浅层地震效果较好，但成本稍高，且易受人文震动干扰，此外，对岩溶裂隙带的空间形态推断在相当程度上依赖解释人员的经验。
重力方法在陆家街塌陷陷坑上观测到了清晰的重力低异常，方法是有效的，但工作周期较长，成本较高。
高精度磁测效果不明显，这与目标物与围岩的磁性差异小有关。
参考文献：
[1]周建新. 岩溶地面塌陷地质灾害分析评价方法[J]. 黑龙江科技信息，2009，13：252-253.
[2]谢名洋，杨旭东. 某地面塌陷地质灾害形成机制及影响因素[J]. 低碳世界，2016，31：101-102.
【摘要】：本文通过历次武汉市地面塌陷物探工作的总结，讨论了各种物探方法的应用地质效果，总结了合理的物探勘查方法组合，对今后工作提出了建议。
【关键词】：地面塌陷；物探方法技术；方法组合
1、引言
武汉市地跨长江、汉水，独特的地理、地质构造环境，形成了复杂的水工地质条件。在东西走向的灰岩条带中，不同程度地发育着岩溶。历史上多次发生地面塌陷，给国民经济建设和人民生命财产安全带来危害。为抗灾救灾，防治并进，湖北省地质环境总站开展了大量的地质工作，基本查明了地面塌陷发生的地质构造特征，提出了防治措施，起到了较好的效果。作为现代化勘查技术的物探方法，在其中也得到较广泛的应用，发挥了应有的作用，积累了有益的经验。
2.地质与地球物理条件
武汉市地处长江、漢水两岸阶地，第四系覆盖广泛，具粘土-砂（砾石、卵石）层的二元结构；下伏基岩从志留系-三叠系分布基本完整，地层走向主要呈近东西向。地面塌陷主要发生在一级阶地的东西向灰岩条带上，构造部位属向斜轴部，岩性为三叠系大冶灰岩，二叠系栖霞灰岩，石炭系黄龙灰岩。当灰岩与白垩系-晚近系，砂岩接触部位，岩溶相对较为发育，如武昌陆家街-烽火村一带，最具代表性。基岩中的岩溶及其第四系覆盖层中的扰动土层是地面塌陷害发生的地质原因。
多年的物探工作积累了较丰富的物性资料，归纳后得出如下规律：
第四系土层（Q）：具有最低电阻率，低介电常数，最低密度特征；
页岩、泥岩（P）：具有低电阻率，低介电常数，低密度特征；
砂岩（K-E）、砂页岩（S）：具有较低电阻率，较低介电常数，较低密度特征；
石英砂岩（D）、硅质岩（P）：具有最高电阻率，高介电常数，较高密度特征；
灰岩（T.P.C）：具有高电阻率，高介电常数，较高密度特征；
上述物性特征均是在致密块状赋存条件下（第四系除外）基岩所具有的物性特征。当然，基岩中所发育的岩溶裂隙带和断裂破碎带都会产生相应的物性变异而呈现出低电阻率、低介电常数、低密度的物性特征。
应指出的是，位于闹市的塌陷区一般工业游散电流及高压线、地面（表）电性不均匀体，电气设备等干扰因素复杂且相当强度；相对地震法而言，人文干扰震动也具相当强度。
工作中，只要物探方法选择合适，技术措施得当，就有可能获得目标（的）物的地球物理信息，为我们所识别。
3.物探方法技术应用特点
自上个世纪七十年代中南轧钢厂地面塌陷物探工作之始至今，历时三十多年的地面塌陷物探工作大致可划分为三个阶段。它们的推进反映了物探勘查技术的科技进步历史。
第一阶段：由于缺乏经验，对地质-地球物理条件不明，方法选择主观因素居重；投入方法较单一，以重力，直流电测深为主；应用效果不明显；
第二阶段：资料积累有限，地质构造和物性条件认识欠全面深入，尽管开始注重综合方法投入但方法应用针对性不强，方法效果得到了改进；
第三阶段（现阶段）：随着查证工作的深入和认真总结，对地面塌陷产生的地质构造要件和机理有了新的认识，注重不断应用新的物探方法技术，灵活地进行方法优选组合，经济快速地获取最佳探测效果。
近些年来，在发挥传统方法功效的同时，也将一些新的方法陆续引入到武汉市地面塌陷灾害勘测中来，诸如高密度电法、地质雷达、浅层地震层析成像技术、瞬变电磁测深（TEM）、EH-4（大地电磁测深）、可控源音频大地电磁测深、核磁共振探水技术等。不少新方法取得了较好的探测效果，代表了灾害物探发展的现代化进步。
此外，针对市区工况条件复杂，干扰强的特点，采用一些抗干扰技术，如直流电法的“软接地”技术，基本可以克服水泥-沥青路面的接地干扰；新电法仪器应用“陷波”技术，可使抗工频电流干扰达800dB以上；浅震引进抗干扰软件，可以较有效的压制人文震源干扰等。
4.探测的地质效果
4.1地质填图的探测效果
物探进行地质填图主要是查明覆盖条件下的基岩岩性和各种构造，岩性界面，褶皱与断裂构造，地层产状等。其中灰岩是填图工作的基础目标物。
2000年4月6日，武昌烽火村一带发生较大规模地面塌陷，陷坑多达20余个。规模大者直径达几十米见方，最小者直径仅1米。由于陷坑位于居民区，引起了社会关注和市政府的高度重视。为全面查清塌陷区地质构造特征，及时安排了物探综合方法，开展地质填图工作。经过方法试验对比，方法试验，主要有直流电测深、瞬变电磁法（TEM）、浅层地震、地质雷达等。认为直流电测深抗干扰能力较强，效果较直观，成本较低，而被选中。
填图工作中，直流电测深发挥了很好的功效，准确地区分了覆盖条件下面K-E的沙岩与灰岩（T）的复杂接触关系，呈犬牙交错的格局。后经钻探验证，岩性判断准确率达90%以上。灰岩的高阻异常十分清晰，其“断开”部位则指示了断裂带或岩性接触界面；较有意义的是那种“阶梯异常”，往往指示了灰岩顶板还覆盖了一层厚度不大（数米至十余米）的粘土岩，后为钻探成果证实。
4.2物探技术在地面塌陷中的应用效果和监测预警
近年来，在开展地面塌陷灾害监测与预警工作，选择了高密度电法+地质雷达+大地电磁测深（EH-4）的方法组合，目标十分明确；灰岩中发育的岩溶裂隙带是目标（的）物，以高密度电法为主，探测深度40～50米；第四系中的“扰动土层”和洞穴是浅层目标（的）物，以地质雷达为主，探测深度约20m；大地电磁测深则主要研究中深部地质构造特征，提供地质背景信息。深部高阻异常范围大且基本连续，为灰岩反映；在120点出现直立柱状高阻异常，其两侧存在明显的地阻变异。而在80点出现一处“悬胆”状低阻圈闭异常，清晰地显示了当年地面塌陷区土层扰动-回填洞穴的形态特征；大号点一侧存在低阻凹陷，还伴生有中浅部位的低阻异常，指示了基岩中岩溶发育特征和第四系土层中的扰动现象。该区是地面塌陷的“敏感区”，依据局部低阻凹陷异常圈定了四处岩溶裂隙带，并尝试性地推断了两处土层扰动，供地质上参考。这些成果对监测预警项目提供了地球物理资料。
4.3治理效果的检测
在陆家街地面塌陷治理中，运用地质雷达检测第四系底部土层高压水泥注浆密实度，效果较为理想。注浆密实部位反射信号增强，经彩色图像处理后为红色亮点密集区；反之，注浆密实程度差的部位则呈现暗灰色图像特征，两者差异一目了然，为评价注浆质量提供了较准确的依據。
3.4方法探测效果的小结
武汉市地面塌陷物探所投入的方法可以合为以下几类：
（1）直流电法：电剖面，电测深，高密度电法。（2）电磁法：地质雷达、瞬变（TEM）、大地电磁测深（含可控源）。（3）浅震。（4）高精度重力。（5）高精度磁测。
直流电法中，电测深，高密度电法效果较好。相较而言，高密度精度更好一些，但推测深度有限；电测深可深可浅，施工条件受布线影响更大。
电磁法均具有更好的精度和横向分辨力，由于观测信号弱易受干扰影响。地质雷达浅层探测能力很强，但深度有限；大地电磁测深经济成本较高，主要用于中深探测；瞬变电磁测深存在起始深度问题，浅表层信息往往会“损失”掉。
浅层地震效果较好，但成本稍高，且易受人文震动干扰，此外，对岩溶裂隙带的空间形态推断在相当程度上依赖解释人员的经验。
重力方法在陆家街塌陷陷坑上观测到了清晰的重力低异常，方法是有效的，但工作周期较长，成本较高。
高精度磁测效果不明显，这与目标物与围岩的磁性差异小有关。
参考文献：
[1]周建新. 岩溶地面塌陷地质灾害分析评价方法[J]. 黑龙江科技信息，2009，13：252-253.
[2]谢名洋，杨旭东. 某地面塌陷地质灾害形成机制及影响因素[J]. 低碳世界，2016，31：101-102.