地球物理方法在渭北地裂缝勘探中的应用

地球物理方法在渭北地裂缝勘探中的应用
赵斌;王珺璐;孙礼钊;段明杰;冯兵;高景明;岳明
【摘要】在韩城市龙亭镇开展了高密度电阻率法和放射性能谱地裂缝探测工作.以电阻率差异和放射性差异为基础,综合两种方法推断了区内主要的裂缝发育情况及延伸方向,划定了地裂缝危险区,其与地面裂缝调查结果具有较好的吻合.经推断认为,区内的地裂缝是NE向大型隐伏构造断裂与河岸边坡滑塌双重作用的结果.探测结果表明,综合物探方法在探测地裂缝时效果明显,而且具有方便、快捷的特点.
【期刊名称】《物探与化探》
【年(卷),期】2013(037)003
【总页数】5页(P406-410)
【关键词】地裂缝;高密度电法;放射性能谱;地质灾害调查
【作者】赵斌;王珺璐;孙礼钊;段明杰;冯兵;高景明;岳明
【作者单位】长安大学地球科学与资源学院,陕西西安 710054;山西省地球物理化学勘查院,山西运城044004;长安大学地球科学与资源学院,陕西西安 710054;长安大学地球科学与资源学院,陕西西安 710054;长安大学地球科学与资源学院,陕西西安 710054;长安大学地球科学与资源学院,陕西西安 710054;陕西省煤田地质局131队,陕西韩城715400;陕西省煤田地质局131队,陕西韩城715400
【正文语种】中文
【中图分类】P631
地裂缝是汾渭盆地较为严重的地质灾害之一，特别是1976年唐山大地震以来，汾渭盆地进入新一轮活动期，此期小震不断，地裂缝频频出现。

著名的如西安、泾阳地裂缝，地裂缝的发育与构造活动密切相关［1－4］。

韩城市龙亭镇城北村位于韩城市南约10 km，隔黄河与山西省河津市相望。

地貌
单元为黄土台塬和河谷阶地，村民依塬边而居，最近处离塬边仅有50 m。

近年来，在城北村陆续发现地裂缝，村内道路、房屋开裂使许多房屋变成危房，耕地中的地裂缝造成村民灌溉时水量大量漏失，使耕地的生产力下降，给当地村民的生产生活造成了较大的威胁；特别是2012年8月30日，在村子东北方向发生了175万
m3的滑坡泥石流。

因此，地裂缝的成因、展布规律以及是迁是留且迁往何处等问题亟待解决。

勘查区位于渭河地堑，属山前冲积洪积平原，为黄士覆盖，东侧为黄河谷地，地势整体表现为北西高，东南低。

出露地层主要为第四系地层，由新到老分别为：第四系全新统人工填土、冲洪积沙土、冲洪积黄土、坡积土，第四系上更新统风积黄土、中更新统风积黄土及下更新统湖积粉细砂。

勘查区新构造运动作用明显，主要发育有华县—朝邑—禹门口和桥头河—马家庄—城南村两条隐伏断裂［2］。

其中华县—朝邑—禹门口断裂沿黄河西岸延伸，为一规模大、延展长的正断层，走向20°～40°，倾向南东，倾角60°左右，断距大
于300 m，地貌上为一系列的黄土陡崖与黄河谷地相接，在盆地内被黄土覆盖成
隐伏断裂。

这已经被航磁、重力资料所证实。

该断层对黄河的流向起控制性作用。

勘查区东部，受断层下盘不断上升、下切作用强烈并受地表水长期冲刷侵蚀，形成今日陡崖，高差达150 m。

城北村地裂缝主要发育在村的东部，距黄河塬边65～260 m。

在不同地段，地裂
缝发育的强度有一定差异，最严重的地段为桥底巷东部与村内一条北东向道路的交汇部位，地裂缝发育密集，走向凌乱，多成群组状发育。

地裂缝的表现形式为墙体
开裂及大量不规则的陷坑，墙体开裂宽度一般大于0.3 m，陷坑宽度一般大于3 m，最大达到15 m以上，多因暴雨及连阴雨而诱发，造成房屋不同程度的损坏，甚至屡填屡现，对村民的正常生产生活造成了极大的威胁［5－6］。

地裂缝形成后，在地层中形成一个小规模的空间，当地裂缝在潜水面以上时，由于裂缝中气体的电阻率比地质背景的电阻率要高很多，表现为高阻异常；当地裂缝在潜水面以下时，随着时间的推移，上覆岩层就会在地球重力的作用下逐渐塌陷，地下水会侵入，表现为低阻异常。

地裂缝的电阻率随着裂缝的发展，会出现相对高阻或低阻的异常变化；地裂缝异常的强弱、形态与地裂缝的宽度及规模有关［7－9］。

根据实际调查，勘探区整套地层的电性在纵向上呈现为低—中—中低的特征（表1）。

当发生裂隙并充水时，地层电阻率降低，一般小于20Ω·m。

地裂缝的成因可概括为两大类：一是构造地裂缝，包括基底断裂蠕滑的活动效应以及区域应力加强造成的黄土等土层构造节理开启等；二是重力或湿陷作用的产物。

在汾渭盆地地裂缝中，构造地裂缝占80%以上［3］。

城北村濒临黄河谷地，长期以来把村庄中存在的地裂缝简单地认为是黄土塬边因不稳定斜坡所产生的裂缝，忽略了地质构造对地裂缝的作用。

地球物理工作方法的种类很多，针对本次地裂缝探测的任务和目的，考虑到勘探区地质—地球物理条件，拟采用高密度电阻率法与放射性能谱这两种方法进行探测。

利用高密度电阻率法可以着重研究地裂缝的种类、结构等特征；利用放射性能谱扫面可以划定异常区域。

综合利用电阻率、放射性两种参数的变化特征，可以消除单一方法的多解性，得出较合理的解释结果。

高密度电阻率法是一种自动化的阵列式直流电阻率勘探方法，一次测量可完成一条断面的二维勘探工作，并且可以有效地进行多种电极排列方式的测定，从而快速、自动地获得较丰富的地电信息。

结合本次勘探的地质任务和各种工作装置的特点，
采用单边三极连续滚动装置，电极距5 m，剖面层数20。

野外工作采用DUK-2
高密度测量系统，测量时B垂直测线方向放置于1 000 m处。

区内共布设11条
高密度剖面，控制总长度4 160 m。

放射性元素在岩石、土壤中普遍存在，但含量很低，它们在衰变过程中产生的新子体具有很强的渗透性，可以借助断层、裂隙运移，也可以溶于水中，借地下水的流动通道，从地下上升到地表，因此断裂就是放射性元素最常见的流动通道。

通常在同一地区的地层中，断裂及其破碎区的放射性浓度偏高，利用放射性异常的空间分布规律，就可以推断地裂缝的平面展布位置［10－11］。

放射性能谱法利用不同元素X射线光子特征能量ΔE不同这一特点，通过测量各种放射性元素的X射线特征波长，进行放射性元素的成分分析，得到相应的U、T、K及Tc含量。

野外工作采用ARD型便携式多道伽马能谱仪，测量中将探头置于
地面观测点上，每个测点测量2次，每次1 min。

每次测量前都自动进行峰位检查，确保了仪器工作状态的稳定。

区内共布设14条放射性能谱剖面，测点间距5 m，控制总长度5 115 m。

图1为测区物探工作布置。

3.1 高密度电阻率法成果分析
高密度电阻率法数据处理包括：坏点剔除、滤波、网格化以及最小二乘法二维反演，最终得到电阻率等值线断面图。

选取两条典型的高密度反演电阻率断面（图2）进行分析。

断面图上部标注了已知地表地裂缝在测线上的投影位置，断面图内标注了推断的地裂缝灾害区。

图2a的EW10线电阻率整体表现出纵向分带性。

纵向上断面从浅到深其电阻率总体呈现低—中—低的电性特征；在80 m处的已知地裂缝附近，电阻率表现横向
的分带性，高阻层出现向下掉的特征；在260 m处的已知地裂缝附近，中间高阻
带出现错断。

由于投影位置并非一定是测线上地裂缝实际位置，因此80 m处低阻
中心位置与地裂缝投影位置没有完全对应。

图2b的NS01线电阻率整体表现出横向分带性。

断面南部电阻率较低，北部电阻率较高，交界处出现近陡立的电阻率梯度带。

已知的地表地裂缝发育带出现在高阻与低阻的过渡带附近，偏向低阻区域。

在260 m处的已知地裂缝附近，中间高阻带出现错断特征，与EW10线西侧电阻率特征相似。

依据上述三种电阻率特征可以推断：高阻下掉型异常与黄土湿陷性有关，错断型异常与小范围断裂有关，横向陡立过渡型异常与大型隐伏构造断层或大型滑坡有关。

3.2 放射性能谱成果分析
放射性能谱数据处理包括：坏点剔除、校正、滤波等。

图3为EW03线TC含量剖面，已知地表地裂缝的投影位置位于110 m附近。

从图中可以看出：Tc含量曲线在80～140 m之间均为高值异常，在110～120 m出现相对低值特征，即在已知地裂缝附近，TC曲线均出现“双峰型”异常特征。

出现这种异常，主要是由于裂缝的充填土密实程度较低，放射性物质在地裂缝开口部向空间逸散而难以积累；而两侧由于地裂缝活动产生的微裂隙具有一定的封闭性，运移过来的放射性物质在这里积累，从而形成了放射性含量的峰值［6－7］。

总体上地裂缝附近为高值异常特征。

利用14条放射性能谱测线数据绘制了放射性能谱的平面等值线图，并求取了放射性趋势场，如图4所示。

从本区放射性能谱趋势图可以看出：放射性具有东高西低的异常特征，在东部存在一个明显的放射性浓集中心，在西北部幅值较低；中部异常条带走向呈NE向。

近NE向异常条带，推断与区内隐伏的NE向大型构造断裂有关。

近NE向的隐伏构造断裂会引起次生裂缝，并在地表附近引发一系列微裂缝，放射性物质沿断裂与次生断裂、微裂缝运移并储存，断层的上下盘就会出现放射性的高低值异常。

东部的高值异常中心，推断与河岸附近的大面积边坡滑塌有关。

大面积边坡滑塌，加上
地下水的影响，在区内产生裂缝，引起了放射性的高值异常。

3.3 综合分析
将高密度电阻率法断面上的地裂缝推断灾害区展布到平面上，并与放射性能谱的高值异常区综合分析，如图5所示。

从图中可以看出：高密度推测的危险带与放射
性能谱指示的异常带吻合程度较高，已知地裂缝位置均存在地球物理异常。

根据已推断异常区，划定了研究区内地裂缝灾害区的危险等级，分为最危险区、次危险区、较危险区和较稳定区。

最危险区受到NE向隐伏断裂与河岸边坡滑塌的双重影响，区内地裂缝最发达，危险性最高；次危险区可能主要与NE向隐伏断裂有关，同时可能与边坡滑塌产生的微裂隙有关，因此区内地裂缝也相对发达，危险性高；较危险区可能主要与NE向断裂有关，部分位置存在地裂缝，危险性较高；蓝色区域为较稳定区，该区可能受NE向断裂影响小，危险性较低，地质情况较稳定。

对高密度电阻率法与放射性能谱法在地裂缝综合探测中的实际应用，得出以下结论：（1）利用高密度电阻率法、放射性能谱法圈定的地裂缝危害区与已知的地裂缝位置具有较好的对应性。

（2）该区内地裂缝受隐伏的NE向华县—朝邑—禹门口隐伏大型构造断裂与河岸附近的大面积边坡滑塌双重影响；并依据受地裂缝危害程度，对研究区进行了划分，选定了相对稳定区，为搬迁工作提供了依据。

（3）利用高密度电阻率法、放射性能谱法探测地裂缝的效果明显，而且具有方便、快捷的特点。

采用放射性能谱法可以快速圈定地裂缝灾害区，利用高密度电阻率法能更详细的分析地裂缝的位置、类型等特征。

综合两种方法可以消除单一方法的多解性，得出较合理的解释结果。

【相关文献】
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