综合物探技术在城市地质调查中的应用_罗波.pdf

2020年第12期西部探矿工程 * 收稿日期 2020-06-19修回日期 2020-06-19 作者简介 罗波 （1989-） ， 男 （汉族） ， 江西抚州人， 工程师， 现从事地球物理找矿及工程物探方向的研究工作。 综合物探技术在城市地质调查中的应用 罗波* （广东省有色金属地质局九三五队， 广东 惠州 516001） 摘要 将地震横波反射法、 瞬变电磁法、 地震折射层析法及地质雷达法用于惠州市隐伏断裂及地表 塌陷等城市地质问题的探测， 介绍了测区地质概况及物探测线布置方式， 各种物探方法探测成果异 常区域较接近， 局部异常点经钻探验证准确可靠。结果表明 钻探与物探相结合的综合探测手段能 提高城市地质调查工作的精度， 地震横波反射法与瞬变电磁法对隐伏构造探测效果较好， 折射层析 法适用于地下大型空洞的探测， 地质雷达成果能反映地表浅部不密实区及脱空、 空洞区域的存在。 关键词 地震横波反射法； 瞬变电磁法； 地震折射层析法； 地质雷达法； 城市地质调查 中图分类号 P631 文献标识码 A 文章编号 1004-5716202012-0126-04 城市地质调查是一项服务于城市规划、 建设和管理 的基础性工作， 其主要目标是查明地质、 资源和环境的基 本状况， 评价城市发展的资源和环境承载能力， 了解影响 城市发展的不利地质环境， 为城市可持续发展及地质灾 害治理提供基础支撑。常用城市地质调查物探方法主要 有高密度电法[1]、 地震波法[2-3]、 瞬变电磁法[4]及地质雷达法 [5]， 其中高密度电法与地震波法抗干扰能力强， 探测深度 大， 但探测时均要求布设一定长度的观测系统， 且电极或 检波器要求与地表存在良好的耦合， 在硬化道路区域实 施较困难； 瞬变电磁法与地质雷达法均为单点测量方法， 探测效率高， 电磁波能较好地穿透浅表高阻层如水泥路 面， 但易受到电缆线与金属体的电磁干扰。本文将地震 横波反射法、 瞬变电磁法、 地震折射层析法以及地质雷达 法用于惠州市丰文凹村隐伏断裂及罗洞村岩溶塌陷区等 城市地质问题的探测， 取得了良好的应用效果， 研究成果 可为类似项目勘查精度的提高提供参考。 1测区地质地球物理特征及测线布置情况 地质调查区域范围内褶皱构造和断裂构造较为发 育， 构造形迹以北东向、 北西向为主， 东西向次之。测 区中西部存在一惠州断裂 （F3） ， 该断裂斜贯惠州市区， 出露长度约17km， 根据该断裂控制水北断陷盆地推 测， 断裂向北可能延伸至汤泉林场。断裂出露宽度 10～60m， 最宽达100m以上， 沿走向呈舒缓波状， 总体 走向135～150， 倾角65～75。断裂东南段穿越小坪 组， 并控制和切割嶂顶侵入体； 往西北造成塘厦组、 桥 源组、 小坪组、 金鸡组、 天子岭组与丹霞组呈断层接 触。断层破碎带有明显分带性， 反映了多次不同力学 性质活动特征， 活动时间从燕山晚期到喜马拉雅期。 测区主要地层为第四系粘性土层、 砂层和卵砾石 层， 白垩系丹霞组砾岩、 砂岩和粉砂岩， 泥盆系天子岭 组泥晶灰岩， 泥盆系春湾组石英砂岩和粉砂质板岩， 晚 侏罗系侵入花岗岩， 侏罗系桥源组砂岩、 细砂岩、 细粒 长石石英砂岩， 三叠系小坪组含煤碎屑岩， 石炭系大赛 坝组泥质粉砂岩、 绢云母页岩， 石炭系测水组砂质页 岩、 砂岩、 含砾砂岩。根据惠州地区物探探测成果经 验， 各地层主要物性参数见表1。如表所示， 测区各岩 土介质的波速、 密度、 电阻率及介电常数存在差异， 构 造引起地层的垂向错动或岩体破碎会导致地震时间剖 面出现反射波组同相轴的错动、 不连续或能量减弱的 异常特征， 空、 水、 土层及岩体之间也存在一定程度的 导电性及介电性差异， 具备地震反射法、 折射层析法、 瞬变电磁法及地质雷达探测的物性前提。测区布设物 探测线四条， 其中测线L1开展地震横波反射法， 测线 L2开展瞬变电磁法与地震折射层析法， 测线L3开展地 震折射层析法， 测线L4开展地质雷达法。 2物探成果解释 2.1丰文凹村测区 图1为测线L1横波反射时间剖面， 反射波同相轴 横向连续性较好的位置对应不同岩土介质的分界， 如 图1所示， L1横波时间剖面可分为T1、 T2、 T3 、 T4四 126 2020年第12期西部探矿工程 岩土名称 粘性土、 砂层 卵砾石层 砾岩、 砂岩 石英砂岩 花岗岩 砂岩、 细砂岩 含煤碎屑岩 泥晶灰岩 纵波波速m/s 1000～2000 2000～2600 2600～4000 3000～5000 3500～6000 3000～4500 2600～4000 4500～6000 横波波速m/s 150～300 250～450 500～2000 700～2000 800～2500 600～2000 500～2000 800～2500 密度 （g/cm3） 1.7～1.8 1.8～2.0 2.1～2.4 2.1～2.4 2.4～2.6 2.2～2.4 2.1～2.4 2.4～2.6 电阻率 （Ωm） 50～200 100～300 250～1000 400～2000 900～5000 400～1500 100～500 300～800 介电常数 16 12 9 8 8 9 9 9 表1地质调果区物性参数表 个时间层位， 推断T1之上为松散填土层， T1与T2之 间为粘土或稍、 中密砂层， T2与T3之间为卵石或全、 强风化岩层， T3之下为中微风化岩体。T3波阻在里 程225m及里程260m位置附近有明显错断， 推测有断 层带分布， 在里程220m施工的钻孔HCZK10揭露岩性 自上而下依次为粉质粘土、 中粗砂、 全风化粉砂岩及石 灰岩， 其中34.8～68.2m区域为岩体呈半岩半土状和碎 块状， 可见断层角砾， 横波反射成果与钻探资料较吻合。 图2为测线L2瞬变电磁反演电阻率断面， 如图所 示， 里程1350～1620m区域电阻率等值线纵向变化特 征较明显， 电阻率350Ωm附近推测为覆盖层与基岩的 分界面； 在里程1050m附近电阻率等值线向下凹陷， 电 阻率介于325～375Ωm之间， 呈现相对低阻异常特征， 推测测点附近存在断裂构造， 钻孔HCZK9揭露第四系 粘土与砂层电阻率小于275Ωm， 孔深38m范围内仍为 强风化粉砂岩， 验证了瞬变电磁推测异常的有效性。 此外， 里程1150～1250m区段亦存在较大面积低阻异 常区域， 此区段穿越村庄， 多处存在低压电线及钢构棚 房， 推测低阻带为金属体产生的电磁干扰。 图3为测线L2折射层析反演纵波波速断面图， 如 图2测线L2瞬变电磁反演电阻率断面图 127 2020年第12期西部探矿工程 图所示， 随高程增加纵波波速总体呈逐渐增大的趋势， 里程小于1050m、 高程小于0m区段纵波波速较高， 多 大于4000m/s， 表明此区域岩体完整性总体较好。里 程大于 1050m、 高程大于-10m区段波速相对降低， 约 3000～4000m/s， 其中里程1075m及里程1190m附近波 速等值线图横向变化梯度较大， 推测有断裂构造发 育。此外， 根据钻孔HCZK9钻探成果， 波速2300m/s 为覆盖层与强风化砂岩的分界， 强风化与中风化基岩 的分界约在波速2700m/s附近。 2.2罗洞村测区 图3测线L2折射层析反演纵波波速断面图 龙江镇镇燕岩村、 罗洞村和顾屋村一带有多处塌 陷， 在龙江镇岩溶塌陷区开展了折射层析法探测工作， 图4为罗洞村测线L3折射层析反演纵波波速断面图， 如图所示， 随高程的降低波速呈逐渐增大的趋势， 以波 速3000m/s附近为界， 地下岩土体可划分为第四系与 灰岩两类， 波速横向变化较明显， 其中里程40～110m 区段波速多大于4000m/s， 但里程84m高程48m附近 存在闭合状相对低速区域， 约3400m/s， 推测有岩溶发 育。此外， 里程120～132m、 高程40～54m区域波速达 到极小值， 约1200 ～2000m/s， 对应岩溶塌陷区如图5 所示。 图6为测线L4地质雷达探测成果， 其中测线里程 图5测线L3里程125m附近地表塌陷 1075m附近为现场已知塌陷点， 现已回填， 如图所示， 从该测线雷达剖面上看， 在里程 1068～1072m、 深度 0.5～2.0m区域反射波杂乱， 振幅强， 伴随一定程度多 次反射现象， 推测回填仍不密实， 该测线于里程1060～ 1062m、 1078～1079m、 1085～1091m处也存在类似电磁 异常， 为土体不密实所致，里程1057.5m及1093m于 1.0m深度附近反射波振幅强， 同相轴呈双曲线状， 多次 反射未向下延伸， 推测地下有小型空洞存在。 3结论 地震横波反射法、 瞬变电磁法、 折射层析法及地质 雷达法相结合的综合物探技术能提高城市地质调查工 作的精度， 瞬变电磁法以及弹性波为主的地震勘探方 法如横波反射法折射层析法对一定埋深的隐伏断层 构造探测效果较好， 但前者易受电线及金属体的干 扰。折射层析法与地质雷达法对空洞的探测效果好， 但前者探测深度更大， 后者分辨率更高， 地质雷达法对 浅表部土体不密实及脱空区域的探测效果较好， 但其 有效探测深度较小。 128 2020年第12期西部探矿工程 参考文献 [1]王慧敏,张亮亮.高密度电法与雷达探测在城市地质灾害调 查中的应用对比[J].西部探矿工程,2020,32413-16. [2]李建宁,胡泽安,丁美青,王小明.地震横波勘探在城市浅层地 质调查中的应用[J].淮南职业技术学院学报,2017,1717-10. [3]王强,王道光.高分辨率折射波层析成像法在城市物探中的 应用[J].黑龙江水利科技,2016,44191-93. [4]刘永生,龙桃城,刘仁义.瞬变电磁法在城市地质调查应用中 有关问题的探讨[J].岩土工程技术,2019,333173-177. [5]赵明堂.地质雷达技术在城市地面塌陷隐患调查中的应用 [J].工程地球物理学报,2019,166904-909. （上接第125页） 弧盆俯冲机制效应， 地壳部分熔融， 形成的富钨的花 岗质岩浆沿深大断裂向浅部地壳运移[7-8]。岩浆上侵分 异带来的含矿气液灌入张裂的东西向裂隙组， 由隐伏 岩体顶面向上， 随着温度、 压力逐渐下降， 酸性挥发分 逸失和氧逸度升高， 钨在中粒黑云母花岗岩中大量富 集， 形成的成矿母岩[9]。大量造岩矿物的大量结晶， 隐 伏花岗岩成矿热液向前期就位的岩体内部运移， 在与 地层的内接触带中， 由于地层渗透性较差， 限制了矿脉 向变质岩地层发育， 含矿热液在成矿有利地区富集成 矿， 形成内带矿体。 5结语 满埠矿区钨锡多矿 （化） 体赋存于近东西向裂隙 中， 矿化范围在满埠燕山期花岗岩体内接触带附近， 成 矿受满埠岩体和裂隙控制， 矿体表现为石英细脉带型 和石英单脉型两种类型。其中石英细脉带型矿体规模 厚达十余米， 且钨品位较富， 为赣南地区所罕见。揭示 出至南岭成矿带寻找类似钨多金属矿的广阔前景。 参考文献 [1]陈郑辉,王登红,屈文俊,等.赣南崇义地区淘锡坑钨矿的地质 特征与成矿时代[J].地质通报,2006,254496-501． [2]郭春丽,蔺志永,王登红,等.赣南淘锡坑钨多金属矿床花岗岩 和云英岩岩石特征及云英岩中白云母40Ar/39Ar定年[J].地 质学报,2008,8291274-1284. [3]李光来,华仁民,韦星林,等.赣南樟东坑钨矿两类矿化中辉钼 矿的Re-Os同位素定年及其地质意义[J].地球科学中国地 质大学学报,201425. [4]郭春丽,王登红,陈毓川,等.赣南中生代淘锡坑钨矿区花岗岩 锆石SHRIMP年龄及石英脉Rb-Sr年龄测定[J].矿床地质, 2007,264432-442. [5]郭春丽,陈毓川,蔺志永,等.赣南印支期柯树岭花岗岩体 SHRIMP锆石U-Pb年龄、 地球化学、 锆石Hf同位素特征及 成因探讨[J].岩石矿物学杂志,2011,304567-580. [6]王浩洋,赵正,陈伟,周辉,陈振宇,侯可军,李超.江西梅树坪钨 钼矿床地质、 成岩成矿时代与找矿方向[J].地学前缘,2017, 245109-119. [7]王少轶,赵正,方贵聪,欧阳翔,陈振宇,侯可军.赣南樟东坑 九龙脑钨多金属矿床矿物学、 年代学特征及其地质意义 [J].地学前缘,2017,245120-130. [8]丰成友,王松,曾载淋,张德全,李大新,佘宏全.赣南八仙脑破 碎带型钨锡多金属矿床成矿流体和年代学研究[J].岩石学 报,2012,28152-64. [9]幸世军,陈冬生,李光来.江西樟东坑钨钼矿床 “上钨下钼” 垂 向分带规律浅析[J].中国钨业,2010,2558-12. 129