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高密度电阻率成像法与微动谱比法探测岩溶区塌陷的地质背景——以广东省高要市蛟塘镇塱下村塌陷区为例

2021-03-22 来源:字库网
第55卷第1期2019年1月

地质与勘探

GEOLOGYANDEXPLORATION

Vol.55No.1January,2019

doi:10.12134/j.dzykt.2019.01.011

高密度电阻率成像法与微动谱比法探测岩溶区塌陷的

——以广东省高要市蛟塘镇塱下村塌陷区为例地质背景—

1,2212

甘伏平,周启友,张伟刘伟,(1.南京大学地球科学与工程学院,江苏南京210046;

2.中国地质科学院岩溶地质研究所,国土资源部、广西岩溶动力学重点实验室,广西桂林541004)[摘

要]塌陷已成为岩溶区最主要的地质灾害。本文以广东省高要市蛟塘镇塱下村岩溶塌陷区

为例,结合钻探资料,应用高密度电阻率成像法与微动谱比法联合探测塌陷区背景地质结构和构造。通过区内外14个已知钻孔旁的微动测量,建立了微动特征频率与覆盖层厚度的数学关系,并应用于塌陷区覆盖层厚度的估算。高密度电阻率成像反映出岩土电阻率在水平方向和垂直方向上的变化,揭示了地下地质结构;微动谱比法揭示了探测场地的基岩起伏形态,结合地层岩性推断了古河道的存在并确定了其边界及延伸方向,与高密度电阻率成像法联合进行地质解译,推断了基岩内断层发育的空间位置、走向等特征。综合该两类物探技术探测成果和钻探资料表明,塌陷位于古河道内,并沿古河道方向发育,其方向与区域北东向构造走向方位一致。

[关键词]岩溶塌陷村

高要市

广东省

[A文献标识码]

[0495-5331(2019)01-12文章编号]

高密度电阻率成像法

微动谱比法

特征频率

覆盖层

古河道

塱下

[P642.26;P631中图分类号]

LiuWei,GanFuping,ZhouQiyou,ZhangWei.Probinggeologicalconditionsofkarstcollapsesu-singhigh-densityresistivityimagingandmicrotremorspectralratiomethods:AnexampleofLangxiavillage,Jiaotangtown,GaoyaoCity,GuangdongProvince[J].GeologyandExploration,2019,55(1):0115-0126.

0引言

大等特点在岩溶塌陷地质调查中得到了广泛的应用,其勘探的主要目的是查明塌陷区内覆盖层厚度以及

基岩构造、岩溶发育情况(BataynehandAlZoubi,2000;MartinandGomez,2007;Michaeletal.,2009;郑2017)。高密度电阻率成像法利用介质之间智杰等,

存在的电性差异被应用于岩溶区覆盖层结构和厚度探测、地下岩溶管道探测、溶洞探测、地质构造探测2002;吕惠进等2005;江玉乐等等(McGrathetal.,

2007;王启军等2009;Linetal.,2014;刘伟等2014,2015;曹新文等,2017;林承灏等,2017)。微动谱比法则通过场地特征频率与覆盖层厚度间的关系来圈定一定范围内覆盖层的厚度(IbsandWohlenberg,1999;Delgadoetal.,2000;Parolaietal.,2002;Hinzen

岩溶塌陷是指岩溶洞隙上方的岩土体在自然或

并在地面形成塌陷人为因素作用下发生变形破坏,

坑(洞)的一种岩溶动力作用和现象。随着经济建

设的飞速发展,人类对地球的影响加剧,岩溶区土地资源、水资源和矿产资源开发以及极端气候变化引起的岩溶塌陷问题日益突出,已成为岩溶区主要地质灾害问题,严重妨碍城市经济建设的发展,威胁着

1990;雷当地人民群众的生命财产安全(陈国亮等,1998;蒙彦等,2006;Mengetal.,明堂和蒋小珍,

2012;Baietal.,2013)。

地球物理方法以其无损、快速、经济、探测信息量

2017-09-23;[2018-03-20;[责任编辑][收稿日期]陈伟军。改回日期]

[基金项目]中国地质调查局地质调查项目(编号:DD20160285)和中国地质科学院岩溶地质研究所基本科研业务项目(编号:

121237128100216)联合资助。

[mail:liuwei_999@126.com。第一作者]刘伟(1985年-),男,助理研究员,主要从事岩溶探测技术方法研究。E-[mail:ganfp555@163.com。通讯作者]甘伏平(1966年-),男,教授级高工,主要从事岩溶物探方法的应用研究工作。E-

115

地质与勘探2019年

etal.,2004;Garciaetal.,2006;Motamedetal.,2007;D'Amicoetal.,2008;GosarandLenart,2010;Paudyaletal.,2013;张泽忠等,2013;Biswas,2015)。

然而,在实际中单一的高密度电阻率成像法往

往难以区分电性差异不大的岩土结构(冷元宝等,2003;周竹生和丰赟,2011),如覆盖层与断裂破碎带的区分,需要结合其它物探手段予以辅助。微动谱比法的特征频率与覆盖层厚度往往存在着良好的对应关系,但难以探测基岩或土层的内部结构,且其在岩溶塌陷领域的研究也少见相关文献报道。本文通过实例,阐述在岩溶塌陷调查中利用高密度电法、微动谱比法和钻探资料相结合,来获取塌陷发育的地质背景,如覆盖层的厚度、基岩起伏形态和构造的走向等,以期为塌陷的评估、治理提供地质信息。

1地质概况

研究区位于中国东南部的广东省高要市蛟塘

镇,该区地处低纬度北回归线之南,属亚热带季风气候。区内阳光充足、雨量充沛,年平均气温21.1℃。

年平均雨量1647.9mm,4~9月降雨量最多,占全年

降雨量83%,历年平均降雨天数为156天。历年平

均日照时数1801.6小时,年平均湿度在80%左右。研究区地层岩性由新到老依次为:第四系睦岗

组(Qm):灰褐、

棕褐、黄褐色松散砂砾,细砂、粉砂、粘土等,厚度5~50m,含孔隙潜水,埋藏较浅,地下水位埋深一般为1.9~4.2m。下石炭系测水组(C1c):

灰白、

棕红色石英云母片岩,厚度20~40m,裂隙较发育,大多被泥质及方解石脉填充。下石炭系石磴

子组(C1sd):浅灰色、

灰黑色中厚层-厚层灰岩,厚度大于125m。裂隙稍发育,均被方解石脉及石英填

充。震旦系大绀山组(Zdg):变质砂岩,厚度大于300m,裂隙微发育,大多被泥质及方解石脉填充。本区无论是土层还是基岩富水性都较弱。

本区的地质构造大体上属于中国东部新华夏系和南岭纬向、华夏褶皱以及华夏式等四大构造体系的反接复合部位,主要可分为三大类结构:北东向断裂、北西向断裂和南北向断裂。研究区区域地质简图如图1a所示,实测地质剖面AB如图1b所示。

2009年11月,研究区内蛟塘镇塱下村发生了地面塌陷,塌陷坑在地表呈椭圆形,长轴从2m到8m不等,最大塌坑深度约2m,主要走向方位约25°,如图1c所示,塌陷区四周地形较平坦,最大高差小于2m。116

岩溶塌陷地区的地质结构一般具有两个特征:

下部有岩溶地层,能形成溶蚀空间;上部有一定厚度的覆盖层。本地球物理探测的主要目的是查明研究区内覆盖层厚度以及基岩构造、岩溶发育情况,为塌陷的评估、治理提供地球物理技术支持。

2地球物理勘探技术

根据地形条件、研究区塌陷的分布状况及探测目

的,测线垂直于地面主要塌陷方向布置,共布置物探

测线12条,编号分别为-2,

-1,0,1,2,3,4,5,6,7,8,9线,测线互相平行,方位为110°,间距为8~12m,测线长度为135~150m不等,测点距为2.5m。使用的

测量设备为TCA1201全站仪,测线布置如图1c。塌陷区位于居民区附近,人文电磁干扰强烈,地下水位较浅,不适合电磁法和地质雷达法的开展。根据探测的目的,选择对本场地适应性较好的二维高密度电阻率成像法和微动法开展研究。地表处小极距物性测试结果显示表层土电阻率变化范围为4~70Ω·m,对16块完整柱状灰岩岩心标本进行了室内电阻率测试,其值在300~900Ω·m区间。2.1高密度电阻率成像法(ERT)2.1.1

方法原理

高密度电阻率成像法以岩、土体之间存在电性差异为其物理前提,采用多芯电缆和多道电极人工建立地下稳定直流电场,通过程控式多路电极转换器选择不同的电极组合方式和不同的极距间隔,实现供电和测量电极的自动跑极、自动供电、自动观测和自动记录、自动计算和自动存储,获取地下介质的电阻率分布规律,进而推断地下的地质结构和构造解决水文与工程地质问题。2.1.2

数据采集及质量评价

测量仪器使用重庆奔腾仪器厂生产的WGMD-3型多功能数字直流激电仪,采用施伦贝尔(α2)装置进行对称四极电测深测量,道距2.5m,采集层数

为25层。测量时,

AM=MN=MB为一个电极间距,A、B、M、N逐点同时向右移动,得到一条剖面线;接

着AM、

MN、NB增大一个电极点距,A、B、M、N逐点同时向右移动,得到另一条剖面线;依此不断扫描下

去,得到倒梯形剖面,见图2。为保证数据质量,对每个接地电极处轧实土壤并浇灌盐水,使其接地电阻小于1000Ω·m,对每条测线测量时检查电池供电电压,使其稳定在340~380V区间。实际采集的数据并无坏点和较大的跳点,数据质量较好,各测线反演断面均方根误差都在10%以内。

第1期——以广东省高要市蛟塘镇塱下村塌陷区为例刘伟等:高密度电阻率成像法与微动谱比法探测岩溶区塌陷的地质背景—

图1

Fig.1

(a)研究区地理位置和地质简图;(b)AB实测地质剖面图;(c)地球物理测线布置图

(c)Geophysicalsurveylines

(a)Mapshowinglocationandgeologyofthestudyarea;(b)MeasuredgeologicalcrosssectionAB;

1-含碎石粘土;2-变质砂岩;3-石英云母片岩;4-灰岩;5-第四系;6-石炭系石磴子组;7-石炭系测水组;8-大绀山组;9-地层界线;

10-断裂构造;11-研究区;12-断层;13-地层界线;14-塌陷坑及编号;15-测点/测线;16-钻孔及编号

1-claywithdetritus;2-metasandstone;3-quartzmicaschist;4-limestone;5-Quaternary;6-ShidengziFormation;7-CeshuiFormation;8-Da-ganshanFormation;9-stratigraphicboundary;10-fracturestructure;11-researcharea;12-fault;13-stratigraphicboundary;14-collapsepitand

numbers;15-measuringpoint/line;16-drillholeandnumber

2.1.3数据处理

数据处理软件采用RES2DINVprogramver.

3.71,数据处理流程为:导入野外实测数据→坏点剔

除→初始电阻率模型→正演计算→反演成像→地质

推断解译。其中模型正演计算采用有限单元法,两电极间水平方向网格数为4,垂直方向网格选择精

117

地质与勘探2019年

图2

Fig.2

高密度电法野外工作原理示意图

Schematicdiagramofhigh-densityresistivitymethodinthefield

二维反演时细网格剖分以适应较大的电阻率变化,

设置初始阻尼系数为0.25以压制噪声,最小阻尼系数为0.02以稳定反演过程,收敛极限为5%,通过自动迭代反演得到二维断面水平方向和垂直深度范围内介质电阻率的变化规律。2.22.2.1

微动谱比法(MicrotremorHVSRmeasurement)方法原理

主频,如图3b所示。

地球表层时刻存在着的非地震引起的微弱震动

称为微动。微动信号属于天然源信号,微动的震源主要来自自然现象(如地震、风振、火山活动、海洋波浪等)和人类活动(如交通、动力机器、工程施工等)激发并经场地不同性质的岩土层界面多次反射和折射后传播到场地地面的振动,是地面的一种稳定的非重复性随机波动,如图3a所示,这些震动波来自观测点的四面八方,携带有丰富的地下介质信息。微动谱比法则是用微动仪在探测点上同时接收来自南北、东西、垂直三个方向上随时间的振动信息,通过快速傅里叶变换将时域信号转换成利于分析的频域信号,得到每个频宽上水平方向的平均振动幅度和垂直方向的振动幅度之比H/V(Delgadoetal.,2000),以此来推断测点下方的地质结构。

H/V=

FNS,FEW和FUD分别是南北方向、式中,东西

H/V振幅谱最方向和垂直方向上的傅里叶振幅谱。

大值对应的频率为测点的特征频率,也称为测点的118

222+F)/(2F(FNSEWUD)槡图3

Fig.3

微动测量数据典型形式

Typicalformsofmeasuredmicrotremors

a-三分量振动平面图;b-H/V谱与频率关系曲线

a-three-componentofvibration;b-H/Vspectrumversusfrequency

2.2.2

数据采集及质量评价

测量仪器采用意大利Micromed公式生产的TRIMONO地脉动仪,为保证数据质量,数据采集在

夜间进行,每个测点采样时间为20分钟,采样频率为128Hz,点距为5m。采集中对测区内部分测点进行了重复性观测,总体来说重复测量的曲线与原始测量曲线趋势一致,其特征频率与振幅值相对误差都在3%以内,数据质量较好。图4为第4测线460和465测点重复观测对比曲线。

(1)

第1期——以广东省高要市蛟塘镇塱下村塌陷区为例刘伟等:高密度电阻率成像法与微动谱比法探测岩溶区塌陷的地质背景—

图4

Fig.4

微动重复性测量对比曲线

Repeatedmeasurementcurvesofmicrotremors

a-460/4原始测量曲线;b-465/4原始测量曲线;a1-460/4重复测量曲线;b1-465/4重复测量曲线

a-originalmeasurementcurvesfor460/4;b-originalmeasurementcurvesfor465/4;a1-repeatedmeasurementcurvesfor460/4;

b1-repeatedmeasurementcurvesfor465/4

2.2.3数据处理

数据处理采用意大利Grilla软件,数据处理流程为:读入原始时间域振动信号→傅里叶变换→频率域振动信号→提取特征频率→地质推断解译。其中进行傅里叶时频变换时原始记录时间谱被分成40个30s的窗口,使用5%的三角窗对数据进行平滑,分析的频率范围为0.1~64Hz,由此得到每个测点H/V振幅谱曲线并获得其特征频率。Ibs-vonSehtetal.(1999)通过理论计算建立了在横波速度未知前提下场地特征频率与覆盖层厚度的关系式:

h=afbr

(2)

h为覆盖层厚度,m,fr为场地特征频率,式中,

Hz,a和b为与场地地质结构相关的系数。本研究通过公式(2)拟合并建立了14个已知钻孔覆盖层厚度与微动特征频率间的关系式,进而计算塌陷区内各测点特征频率对应的覆盖层厚度,从而得到场地基岩埋深三维等高线图。塌陷区内共布置有5个钻孔,距离塌陷区约35km的肇庆市鼎湖区有9个各钻孔第四系厚度和微动测量的已知钻孔(图5),

覆盖层厚度有深有浅,较好的特征频率如表1所示,对应着特征频率的变化。

本研究覆盖层厚度与场地特征频率的关系式为(如图6所示,蓝色点代表塌陷区内钻孔):

h=56.9fr

-1.11

图5Fig.5

已知14个钻孔地理位置图Locationsof14boreholes

4-高速公路;5-省道

1-区域钻孔位置及编号;2-工作区钻孔位置及编号;3-工作区;1-locationandnumberofregionaldrillhole;2-locationandnumberofworkingaredrillhole;3-workingarea;4-expressway;5-provincialroad

(3)

119

地质与勘探

表1钻孔第四系厚度与微动测量特征频率对应表

ThicknessofQuaternarycoverandcharacteristicfrequenciesofmicrotremorsinboreholes

钻孔名(测点/测线)

XZK1XZK2XZK3XZK4

工作区外

XZK7XZK8XZK11XZK12

覆盖层厚度(m)

28.527.814.717.820.522.811.515.7

特征频率(Hz)

1.842.163.7232.382.445.163.31

2019年

Table1

位置

XZK21w1(495/3)w2(500/5)

21.615.615.816.314.1

2.722.8752.8753.3752.78

工作区内w3(515/3)w4(520/5)W5(495/4)

13.82.88

为4~70Ω·m、粗砂层电阻率值变化范围约为4~130Ω·m,粉质粘土电阻率值变化范围约为4~130Ω·m,砂砾层电阻率值变化范围约为70~150Ω·m。覆盖层内各岩性层电性分布具有横向的不均一性,电阻率分布范围交叉重叠,根据电阻率值差异难以准确圈定覆盖层各岩性分界面。同时笔者也注意到,高密度反演电阻率数据值在基岩内一定深度范围也呈现低阻,测区内的5个钻孔揭露的浅部基岩与砂砾层电性并无明显差异,使得高密度电阻率成像法对覆盖层的厚度也难以准确划分。

图7、图8中各测点下的红色圆点所在位置代表着根据微动特征频率计算出的覆盖层厚度,同时也代表了由微动H/V谱比法得到的基岩高程起伏面。联合两种探测方法,从图中我们可以很直观的看出:各测线由微动H/V谱比法揭示的覆盖层与基岩分界面处的电阻率值变化范围可以从4Ω·m到300Ω·m,再参照完整灰岩的物性测试结果,可以推断出基岩内局部断裂破碎较发育。

测区各测点微动特征频率普遍在2~4Hz间,第四系覆盖层厚度在10~18m之间,测区内12条测线高密度电阻率二维反演剖面在深度约18~25m存在着两段显著的电阻率“V”型或“U”型区,各测线基岩段详细异常段及异常形态如表3所示,结合钻探揭示的地层岩性资料,推断此相对低阻异常段

图6Fig.6

微动特征频率与覆盖层厚度拟合曲线(蓝色小圆圈代表塌陷区内钻孔)

Fittingcurveofcharacteristicfrequenciesofareboreholesincollapsearea)

microtremorsandthicknessesofcover(Bluedots

3实例分析与讨论

研究区钻探揭露的地层岩性从浅到深依次为表

W1和土层、粗砂层、粉质粘土层、砂砾层和灰岩,

W3基岩内局部发现有溶洞,各测线高密度二维电

阻率反演断面如图7和8所示。参照反演得到的电阻率数据,钻探揭露的地层各深度电阻率变化范围如表2所示。

根据表2统计可知测区总的覆盖层电阻率值范围为4~150Ω·m,其中表层土电阻率值变化范围120

第1期——以广东省高要市蛟塘镇塱下村塌陷区为例刘伟等:高密度电阻率成像法与微动谱比法探测岩溶区塌陷的地质背景—

图7Fig.7

-2、-1、0、1、2、3线高密度电法电阻率二维反演断面(红色小圆圈表示微动谱比法计算得到的基岩埋深)ResistivitymodelsofsurveylinesL-2,L-1,L0,L1,L2andL3by2Dinversion(Reddotsareburial

depthsfrommicrotremorspectralratiomeasurement)

121

地质与勘探2019年

图84、5、6、7、8、9线高密度电法电阻率二维反演断面(红色小圆圈表示微动谱比法计算得到的基岩埋深)

Fig.8

SameasFig.7butforsurveylinesL4,L5,L6,L7,L2andL9

122

第1期——以广东省高要市蛟塘镇塱下村塌陷区为例刘伟等:高密度电阻率成像法与微动谱比法探测岩溶区塌陷的地质背景—

表2钻探揭露的地层各深度电阻率变化范围表

Table2Resistivityvaluesatvarieddepthsinboreholes

钻孔编号

表层土深度(m)/ρs(Ω·m)

粗砂深度段(m)/ρs(Ω·m)0.7~9.5/4~700.6~10/4~1301.7~9.1/4~701.9~9.6/4~1000.55~9.7/4~100

粉质粘土深度段(m)

/ρs(Ω·m)

9.5~14/4~13010~12/4~709.1~13.8/70~1309.6~13.9/70~909.7~13.2/4~70

砾砂深度段(m)/ρs(Ω·m)14~15.6/130~15012~15.8/70~10013.8~16.3/130~15013.9~14.1/90~10013.2~13.8/70~100

基岩深度段(m)

/ρs(i)15.6~40.5

溶洞深度(m)/ρs(Ω·m)16~16.4/70~130

无16.3~18.5/130~150

W1

0~0.7/<700~0.6/<700~1.7m/4~400~1.9m/4~400~0.55m/<70

W2

15.8~40.4

W3

16.3~40.2

W4

14.1~40.3

W5

13.8~40.9

为断层破碎带,编号分别为F1和F2。

表3

高密度电阻率二维反演剖面基岩异常段电阻率变化

与特征表

Table3Resistivityanomaliesofbedrocksectionson

surveylines

基岩异常段/ρs(Ω·m)

2、455/-1、462/0、460/1、460/2、460/3、460/4、458/5、465/6、470/7、465/8、470/9,F1断层走向约23°;F2断层的中心点经各测线测点分别为510/-2、510/-1、5125/0、510/1、510/2、507/3、505/4、504/5、505/6、503/7、510/8、500/9,F2断层走向约20°,推断的两个断层与区域北东向断裂走向相近。W3钻孔资料和物探结合推断图9为根据W1、

的第3测线地质推断解译图,代表着测区典型的地质断面,地层岩性从上到下依次为表土层,粗砂层,

455~粉质粘土层,砂砾层和下石炭系石磴子组灰岩,470、505~520测点段基岩内断层破碎发育,局部有

溶洞。

图10a为微动H/V谱比法得到的塌陷研究区基岩面埋深等高程图,图10b为对应的基岩面埋深三维起伏图。由图可以看出,基岩埋深两端浅而中间深,结合钻探揭露的塌陷区地层岩性信息,推断研究区基岩面与粉质粘土层之间的砂砾层为曾经发育的古河道经后期构造运动下降深埋后形成,在图10a中同时圈定了古河道的边界,圈定的古河道河床最宽处约60m,延伸方位约22°,与塌陷发育的走向相近。

综合高密度电阻率成像法、微动谱比法探测成果,并结合钻探,地面调查资料,可以推断出研究区塌陷发育的地质背景:塌陷位于古河道内,并沿古河道方向发育,其方向与区域北东向构造走向方位相近。根据岩溶地区塌陷发生所需的地质条件我们进一步推断本研究区塌陷发生的地质前提为构造控制下溶洞较发育,覆盖层内的粉砂、砾砂在外力作用下,易流失失稳而引发地面塌陷。

123

测线编号

-2

对应的异常形态电阻率\"V\"型区,

电阻率\"V\"型区电阻率\"V\"型区,电阻率\"V\"型区电阻率\"V\"型区,电阻率\"V\"型区电阻率\"V\"型区,电阻率\"V\"型区电阻率\"U\"型区,电阻率\"V\"型区电阻率\"U\"型区,电阻率\"V\"型区电阻率\"U\"型区,电阻率\"V\"型区电阻率\"U\"型区,电阻率\"U\"型区电阻率\"U\"型区,电阻率\"V\"型区电阻率\"U\"型区,电阻率\"V\"型区电阻率\"U\"型区,电阻率\"V\"型区电阻率\"U\"型区,电阻率\"V\"型区

450~460/40~100,500~515/70~130450~460/40~100,505~515/70~130455~465/40~100,510~520/70~130455~465/40~100,505~515/130~200455~470/70~130,505~515/130~200455~470/70~130,505~520/130~200455~470/130~220,500~515/130~200455~465/200~250,495~515/70~130460~475/70~130,500~520/70~130465~485/70~130,500~510/70~130460~470/100~130,505~515/130~200460~480/40~70,495~505/70~130

-1

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

F1断层的中心点经各测线测点分别为455/-

地质与勘探2019年

图9

Fig.9

第3测线地质推断解译图(测区典型地质断面)

Interpretedgeologicalprofile3asatypicaloneinthestudyarea

11-表层岩溶带底界

1-表层土;2-粗砂;3-粉质粘土;4-砾砂;5-石磴子组/灰岩;6-溶沟;7-地下水位;8-断层;9-钻孔及编号;10-溶洞;1-surfacesoil;2-coarsesand;3-siltyclay;4-gravellysand;5-ShidengziFormation/limestone;6-channelling;7-groundwater

level;8-fault;9-drillholeandnumber;10-karstcave;11-bottomboundaryofsurfacekarstzone

图10

Fig.10

微动谱比法推断的基岩高程图

Inferredelevationofbedrockbymicrotremormeasurement

a-基岩高程平面等值线图;b-基岩三维起伏图

a-Contours;b-3Dreliefofbedrock

124

第1期——以广东省高要市蛟塘镇塱下村塌陷区为例刘伟等:高密度电阻率成像法与微动谱比法探测岩溶区塌陷的地质背景—

4结论

(1)高密度电阻率成像与岩土电性特征密切相

关,能够很好地反映电阻率在水平方向和垂直方向

上的变化,揭示了与地下地质结构、地质构造有关的电阻率数据。微动谱比法较好地揭示了探测场地的基岩起伏形态,结合地层岩性推断了古河道的存在并确定了其边界及其延伸方向,与高密度电法相结合进行地质解译时,可以较好地推断基岩内断层发育的空间位置、走向等特征。

(2)利用高密度电阻率成像法、微动谱比法,并结合钻探、地面调查资料,揭示了塌陷发育的地质背景。塌陷位于古河道内,并沿古河道方向发育,其方向与区域北东向构造走向方位相近。本区塌陷发育的地质前提为构造控制下溶洞较发育,覆盖层内的粉砂、砾砂在在外力作用下,流失失稳而引发的地面塌陷。

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蒙刘刘

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ProbingGeologicalConditionsofKarstCollapsesUsingHigh-DensityResistivityImagingand

MicrotremorSpectralRatioMethods:AnExampleofLangxiaVillage,JiaotangTown,

GaoyaoCity,GuangdongProvince

2

LIUWei1,,GANFuping2,ZHOUQiyou1,ZHANGWei2

(1.SchoolofEarthScienceandEngineering,NanjingUniversity,NanjingJiangsu210046;2.InstituteOfKarstGeology,CAGS,KarstDynamicsLaboratory,MLR&GZAR,Guilin,Guangxi541004)

Abstract:Collapseshavebecomeoneofthemostimportantgeologicalhazardsinkarstareas.ThispapertakesakarstcollapseareainLangxiavil-lage,Jiaotangtown,GaoyaoCity,GuangdongProvinceasanexampletopresentprobinggeologicalconditionsforsuchhazardusinghigh-densityresistivityimagingandmicrotremorspectralratiomethodscombingwithboreholedata.Intermsofmeasurementsnearby14boreholes,weestablishedthemathemati-calrelationshipbetweencharacteristicfrequencyofmicrotremorsandcoverthickness,whichwasusedtocalculatethicknessofthecoverinthecollapsearea.Profilesofhigh-densityresistivityimagingreflectthevariationsofresistivityofrockandsoilinhorizontalandverticaldirections,permittingtodelin-eatethegeologicalstructureinthesubsurface.Incombinationwithlithology,themeasurementofmicrotremorshelpsrevealthereliefofbedrockinthestudyarea,allowingustoinferexistenceoftheancientchannelincludingitsboundaryandextension.Combiningtheresultsoftwomethods,wehavededucedthespatialpositionandthetrendoffaultsinthebedrock.Integratingthegeophysicalprospectingandboreholedatasuggeststhatthecollapseislocatedinthepaleochannel,whichdevelopedalongitscourse,withadirectionconsistentwithNEtrendingstructureinthisregion.

Keywords:karstcollapse,high-densityresistivityimaging,microtremorspectralratio,characteristicfrequency,cover,paleochannel,Langxiavillage,Gaoyaocity,GuangdongProvince

126

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