高要市

第

55

卷第

1

期

2019

年

1

月

地质与勘探

GEOLOGYANDEXPLOＲATION

Vol．55No．1

January，2019

doi：10．12134/j．dzykt．2019．01．011

［

收稿日期

］2017－09－23；

［

改回日期

］2018－03－20；

［

责任编辑

］

陈伟军

。

［

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

：

0216）

联合资助

。

［

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：liuwei_999@126．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-mail：ganfp555@163．com。

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

刘伟1，2，

甘伏平2，

周启友1，

张伟2

（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

村高要市广东省

［

中图分类号

］P642．26；P631［

文献标识码

］A［

文章编号

］0495－5331（2019）01－12

LiuWei，GanFuping，ZhouQiyou，ZhangWei．Probinggeologicalconditionsofkarstcollapsu-

singhigh－densityresistivityimagingandmicrotremorspectralratiomethods：AnexampleofLangxia

village，Jiaotangtown，GaoyaoCity，GuangdongProvince［J］．GeologyandExploration，2019，55（1）

：

0115－0126．

0

引言

岩溶塌陷是指岩溶洞隙上方的岩土体在自然或

人为因素作用

下发生变形破坏

，

并在地面形成塌陷

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

当地人民群众的生命财产安全

（

陈国亮等

，1990；

雷

明堂和蒋小珍

，1998；

蒙彦等

，2006；Mengetal．，

2012；Baietal．，2013）。

地球物理方法以其无损

、

快速

、

经济

、

探测信息量

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

智杰等

，2017）。

高密度电阻率成像法利用介质之间

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

等

（McGrathetal．，2002；

吕惠进等

2005；

江玉乐等

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

511

地

质与勘探

2019

年

etal．，2004；Garciaetal．，2006；Motamedetal．，2007；

D'Amicoetal．，2008；GosarandLenart，2010；Paudyal

etal．，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

（C

1

c）：

灰白

、

棕红色总账会计工作内容 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

（C

1

sd）

：

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。

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～

70

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

300～900

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

（

2

）

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

1000

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

。

611

第

1

期刘伟

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

—

——

以广东省高要市蛟塘镇塱下村塌陷区为例

图

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

Fig．1（a）Mapshowinglocationandgeologyofthestudyarea；（b）MeasuredgeologicalcrossctionAB；

（c）Geophysicalsurveylines

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－rearcharea；12－fault；13－stratigraphicboundary；14－collappitand

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

711

地

质与勘探

2019

年

图

2

高密度电法野外工作原理示意图

Fig．2Schematicdiagramofhigh－densityresistivitymethodinthefield

细网格剖分以适应较大的电阻率变化

，

二维反演时

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

。

2．2

微动谱比法

（MicrotremorHVSＲmeasurement）

2．2．1

方法原理

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景海鹏简历 /V

（Delgadoetal．，2000）

，

以此来推断测点下方的地

质结构

。

H/V=（F2

NS

+F2

EW

）/（2F2

UD槡）

（1）

式中

，F

NS

，F

EW

和

F

UD

分别是南北方向

、

东西

方向和垂直方向上的傅里叶振幅谱

。H/V

振幅谱最

大值对应的频率为测点的特征频率

，

也称为测点的

主频

，

如图

3b

所示

。

图

3

微动测量数据典型形式

Fig．3Typicalformsofmeasuredmicrotremors

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

。

811

第

1

期刘伟

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

—

——

以广东省高要市蛟塘镇塱下村塌陷区为例

图

4

微动重复性测量对比曲线

Fig．4Ｒepeatedmeasurementcurvesofmicrotremors

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－von

Sehtetal．（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=afb

r

（2）

式中

，h

为覆盖层厚度

，m，f

r

为场地特征频率

，

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

已知钻孔

（

图

5）

，

各钻孔第四系厚度和微动测量的

特征频率如表

1

所示

，

覆盖层厚度有深有浅

，

较好的

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=56．9f

r

－1．11（3）

图

5

已

知

14

个钻孔地理位置图

Fig．5Locationsof14boreholes

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

；

4－

高速公路

；5－

省道

1－locationandnumberofregionaldrillhole；2－locationandnumberof

workingaredrillhole；3－workingarea；4－expressway；5－provincialroad

911

地

质与勘探

2019

年

表

1

钻孔第四系厚度与微动测量特征频率对应表

Table1ThicknessofQuaternarycoverandcharacteristicfrequenciesofmicrotremorsinboreholes

位

置钻孔名

（

测点

/

测线

）

覆盖层厚度

（m）

特征频率

（Hz）

工作区外

XZK128．51．84

XZK227．82．16

XZK314．73．72

XZK417．83

XZK720．52．38

XZK822．82．44

XZK1111．55．16

XZK1215．73．31

XZK2121．62．72

工

作区内

w1（4字的四字词语 95/3）15．62．875

w2（500/5）15．82．875

w3（515/3）16．33．375

w4（520/5）14．12．78

W5（495/4）13．82．88

图

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

）

Fig．6Fittingcurveofcharacteristicfrequenciesof

microtremorsandthicknessofcover（Bluedots

areboreholesincollaparea）

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

土层

、

粗砂层

、

粉质粘土层

、

砂砾层和灰岩

，W1

和

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

4～150

m，

其中表层土电阻率值变化范围

为

4～70

m、

粗砂层电阻率值变化范围约为

4～

130

m，

粉质粘土电阻率值变化范围约为

4～

130

m，

砂砾层电阻率值变化范围约为

70～150

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

4

m

到

300

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

021

第

1

期刘伟

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

—

——

以广东省高要市蛟塘镇塱下村塌陷区为例

图

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

）

Fig．7ＲesistivitymodelsofsurveylinesL－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．8SameasFig．7butforsurveylinesL4，L5，L6，L7，L2andL9

221

第

1

期刘伟

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

—

——

以广东省高要市蛟塘镇塱下村塌陷区为例

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）

/

s

（

m）

粗

砂深度段

（m）

/

s

（

m）

粉质粘土深度段

（m）

/

s

（

m）

砾

砂深度段

（m）

/

s

（

m）

基

岩深度段

（m）

/

s

（i）

溶

洞深度

（m）

/

s

（

m）

W1

0～0．7

/＜70

0．7～9．5

/4～70

9．5～14

/4～130

14～15．6

/130～150

15．6～40．516～16．4

/70～130

W2

0～0．6

/＜70

0．6～10

/4～130

10～12

/4～70

12～15．8

/70～100

15．8～40．4

无

W3

0～1．7m

/4～40

1．7～9．1

/4～70

9．1～13．8

/70～130

13．8～16．3

/130～150

16．3～40．216．3～18．5

/130～150

W4

0～1．9m

/4～40

1．9～9．6

/4～100

9．6～13．9

/70～90

13．9～14．1

/90～100

14．1～40．3

无

W5

0～0．55m

/＜70

0．55～9．7

/4～100

9．7～13．2

/4～70

13．2～13．8

/70～100

13．8～40．9

无

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

Table3Ｒesistivityanomaliesofbedrockctionson

surveylines

测

线编号

基岩异常段

/

s

（

m）

对应的异常形态

－2

450～460/40～100，

500～515/70～130

电

阻率

"V"

型区

，

电阻率

"V"

型区

－1

450～460/40～100，

505～515/70～130

电阻率

"V"

型区

，

电阻率

"V"

型区

0

455～465/40～100，

510～520/70～130

电阻率

"V"

型区

，

电阻率

"V"

型区

1

455～465/40～100，

505～515/130～200

电阻率

"V"

型区

，

电阻率

"V"

型区

2

455～470/70～130，

505～515/130～200

电阻率

"U"

型区

，

电阻率

"V"

型区

3

455～470/70～130，

505～520/130～200

电阻率

"U"

型区

，

电阻率

"V"

型区

4

455～470/130～220，

500～515/130～200

电阻率

"U"

型区

，

电阻率

"V"

型区

5

455～465/200～250，

495～515/70～130

电阻率

"U"

型区

，

电阻率

"U"

型区

6

460～475/70～130，

500～520/70～130

电阻率

"U"

型区

，

电阻率

"V"

型区

7

465～485/70～130，

500～510/70～130

电阻率

"U"

型区

，

电阻率

"V"

型区

8

460～470/100～130，

505～515/130～200

电阻率

"U"

型区

，

电阻率

"V"

型区

9

460～480/40～70，

495～505/70～130

电阻率

"U"

型区

，

电阻率

"V"

型

区

F1

断层的中心点经各测线测点分别为

455/－

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

。

图

9

为根据

W1、W3

钻孔资料和物探结合推断

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

，

粉质粘土层

，

砂砾层和下石炭系石磴子组灰岩

，455～

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

。

321

地

质与勘探

2019

年

图

9

第

3

测线地质推断解译图

（

测区典型地质断面

）

Fig．9Interpretedgeologicalprofile3asatypicaloneinthestudyarea

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

；

11－

表层岩溶带底界

1－surfacesoil；2－coarsand；3－siltyclay；4－gravellysand；5－ShidengziFormation/limestone；6－channelling；7－groundwater

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

图

10

微动谱比法推断的基岩高程图

Fig．10Inferredelevationofbedrockbymicrotremormeasurement

a－

基岩高程平面等值线图

；b－

基岩三维起伏图

a－Contours；b－3Dreliefofbedrock

421

第

1

期刘伟

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

—

——

以写日记的格式怎么写 广东省高要市蛟塘镇塱下村塌陷区为例

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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MicrotremorSpectralＲatioMethods：AnExampleofLangxiaVillage，JiaotangTown，

GaoyaoCity，GuangdongProvince

LIUWei1，2，GANFuping2，ZHOUQiyou1，ZHANGWei2

（1．SchoolofEarthScienceandEngineering，NanjingUniversity，NanjingJiangsu210046；

2．InstituteOfKarstGeology，CAGS，KarstDynamicsLaboratory，MLＲ＆GZAＲ，Guilin，Guangxi541004）

Abstract：Collapshavebecomeoneofthemostimportantgeologicalhazardsinkarstareas．ThispapertakesakarstcollapareainLangxiavil-

lage，Jiaotangtown，GaoyaoCity，GuangdongProvinceasanexampletoprentprobinggeologicalconditionsforsuchhazardusinghigh－densityresistivity

imagingandmicrotremorspectralratiomethodscombingwithboreholedata．Intermsofmeasurementsnearby14boreholes，weestablishedthemathemati-

calrelationshipbetweencharacteristicfrequencyofmicrotremorsandcoverthickness，whichwasudtocalculatethicknessofthecoverinthecollap

area．Profilesofhigh－densityresistivityimagingreflectthevariationsofresistivityofrockandsoilinhorizontalandverticaldirections，permittingtodelin-

eatethegeologicalstructureinthesubsurface．Incombinationwithlithology，themeasurementofmicrotremorshelpsrevealthereliefofbedrockinthe

studyarea，allowingustoinferexistenceoftheancientchannelincludingitsboundaryandextension．Combiningtheresultsoftwomethods，wehave

deducedthespatialpositionandthetrendoffaultsinthebedrock．Integratingthegeophysicalprospectingandboreholedatasuggeststhatthecollapis

locatedinthepaleochannel，whichdevelopedalongitscour，withadirectionconsistentwithNEtrendingstructureinthisregion．

Keywords：karstcollap，high－densityresistivityimaging，microtremorspectralratio，characteristicfrequency，cover，paleochannel，Langxiavillage，

Gaoyaocity，GuangdongProvince

621