浅层地震及高密度电法在城市地质中的应用

赵立波，杨吉武，黄书华

（广东省地质调查院，广东广州 510000）

横波反射波法属于地震勘探反射波法的一种，由于它较纵波反射波法具有更高的浅部分辨率。因此，近年来城市地质调查中地球物理勘探采用横波反射波法对第四纪层位的划分、确定隐伏断裂可能存在的位置以及基岩起伏面的变化应用较多，并取得较好的勘探效果[1-7]。高密度电法在水利水电工程、环境工程地质、工程地质勘察、城市工程勘察等应用广泛[8-11]。本文以广州增城某场地为例，采用横波反射法和高密度电法对调查区进行勘探，讨论两种方法在城市地质调查中的应用效果，并提供了该地区的地球物理基础性资料，为以后城市建设提供了参考。

1 工作区位置及地形特征

广州市增城区位于珠三角经济圈核心位置，位于广州市东部、惠州市西北部区域。工作区地处亚热带沿海，北回归线从中南部穿过，属海洋性亚热带季风气候。地表水体属于珠江水系中的东江支流的增江水系，具有暴涨暴落的特征。

工作区属于丘陵地貌和三角洲平原地貌，地势北高南低，背山面海，最高峰为北部的天堂顶（海拔1210m）；北部为中低山地，有南昆山自然保护区；中部是丘陵地区，南部为沿海冲积平原，为珠江三角洲的组成部分。珠江及其众多支流贯穿整个广州。

2 工作区地质地球物理特征

工作区地处珠江三角洲东部，离海较远，地表出露的前第四纪地层受岩浆活动及第四系覆盖影响，分布面积较小，地层出露有中—新元古界、泥盆—石炭系、三叠系、白垩系和古近系。第四纪主要位于东莞盆地，地貌上属于冲积平原，为河流相沉积，局部为三角洲相沉积；主要分为晚更新世礼乐组（Qpl）、小市组（Qpxs）、全新世桂洲组（Qhg）、大湾镇组（Qhdw）4 个组级单位和一个非正式地层单位——人工填土（Qs）；另外在北部增城一带也有少量分布，基本为山间河流两岸的沉积。第四纪沉积物物质组成复杂，横、纵向相变快，沉积厚度变化大。

研究区处于中国东南沿海大陆边缘，基底构造形迹较复杂，地层发育不完善，岩浆活动强烈，构造变形作用较强，变形的类型有褶皱构造、韧性剪切带、脆性断层及断陷盆地。其中，断裂构造为调查区主导的构造类型，它们相互切割、复合，形成了调查区的基本构造格架。主干断裂带的展布形态和运动方式，主导着区内地形地貌塑造、岩浆活动和沉积作用等多种地质作用。

根据现场调查和已有资料显示主要岩土层为人工填土、粉质粘土和不同风化程度的花岗混合岩。粉质粘土以上地层，视电阻率在10～300Ω·m（部分公路路基浅地表为高阻层）；下伏基岩为高阻层，视电阻率在500～300Ω·m；基岩破碎带或含水体为低阻层，视电阻率在10～100Ω·m。从地层电性特征方面来分析，场地具备开展电法勘探的地球物理前提。工作区内第四系覆盖层与基岩之间的波速及密度具有明显的差异，两层之间有明显的波组抗差异，基岩顶界面为良好的反射界面。因此，场地也具备开展浅层地震反射波法进行地质勘察的地球物理条件。

3 工作方法及处理技术

3.1 浅层地震勘探

野外施工采用德国DMT 公司的SummitⅡplus 高分辨率数字地震仪，28Hz横波检波器。根据勘查目的和实际地震地质与环境条件，合理选择野外观测系统及相应的采集参数，是获得高质量野外数据的关键。数据采集中的各参数选取以及激发和接收方式等有着很大的联系，诸多因素因地而异，并无统一标准，因而生产前的试验工作必不可少。正式施工之前进行了道一致性检查和仪器检查等工作，以确保数据采集系统工作正常和确定适合的采集参数。

本次完成横波展开排列1 个。中间炮点激发，1m道间距，120 道接收，滤波通带为全通，采样间隔为0.25ms，记录长度1024ms，展开排列见图1。从试验结果中可以确定，采用中间放炮的方式更有利于接收横波反射信号，不仅可以避开浅层折射波的影响，而且可以有效提高浅层信号的实际覆盖次数。

根据试验结果，施工参数如表1所示。

表1 采集参数及技术指标

3.2 高密度电法

高密度电法仪采用重庆顶峰及精凡科技仪器厂生产的EDDJ-1A高密度电法测量系统，采用温纳装置进行数据采集。温纳装置的电极排列规律是：A、M、N、B（其中A、B是供电电极，M、N是测量电极），AM=MN=NB为一个电极间距，随着间隔系数n由n（MIN）逐渐增大到n（MAX），四个电极之间的间距也均匀拉开。该装置适用于固定断面扫描测量，其特点是测量断面为倒梯形。

野外采集参数如下：最小隔离系数为n=1，最大隔离系数n=20，供电时间2s，最大AO=BO=152.5m，最小AO=BO=7.5m，MN=5.0～90m，物理点距5.0m。

3.3 数据处理

资料处理工作是解释工作的基础，其处理质量直接关系到解释成果精度，因此，资料处理工作是一项研究性、目的性、服务性很强的工作。为确保资料处理的高质量，本次资料处理严格采用一系列的高保真、高分辨率的处理方法，优选处理模块，精选处理参数，力求得到最优的地震资料。处理过程中，进行细致的预处理工作，删除不正常的道记录、炮记录，校正反极性的记录道。处理内容主要包括：解编、编辑、速度分析、动校正、自动剩余静校正、各种滤波和浅层弱信号的增强等。

在地震资料处理中，为选取最佳的处理参数，在正式剖面处理前进行参数分析处理是十分必要的。参数分析处理有利于选择最佳的处理参数、模块和处理流程。

横波反射的处理流程为：解编→预处理→球面扩散补偿→叠前滤波→道间平衡→抽CDP 道集→速度分析→动校正→自动剩余静校→叠加→叠后滤波→修饰处理→AGC→剖面打印→初步解释→时间剖面输出。

高密度电法资料处理的主要流程如下：

解编→预处理→反演→ρs等值线断面图输出→初步解释→剖面图输出。

原始数据采集后进行复核，解编采用随仪器配套的电法数据处理与转换程序。预处理主要是数据畸变点剔除。

4 资料解释

4.1 地震解译

图2 为DZ01 横波反射时间深度剖面图，从图2 中可明显看出有一个反射波振幅较强的波组，双程时间150～200ms 之间。结合地质资料及钻孔资料，划定反射波T0 界面为第四纪底界面产生的反射波。从上往下分别是人工填土、粉质粘土和风化程度不同的花岗混合岩。该反射层在横向上有起伏变化，但相对较平缓，但连续性较好。

DZ01-2剖面上圈定断裂F1处（图2），在桩号120m处，T0 同相轴出现一处明显的向下凹陷的现象，并且伴随有反射波波组错乱的现象，结合地质构造地表走向，推断桩号120m 处同相轴出现的异常为构造所致，推断F1断裂。结合ZCXSW02 号钻孔资料，F1断裂为真实存在断裂。

4.2 高密度解译

高密度电法资料采用不同的电阻率，形成电阻率断面图，根据物探断面图进行地质解释。一般浅部为相对低阻区，路基段浅部为高阻，中部为相对高阻区，深部为高阻区。一般情况下，浅部低阻层可解释为第四系覆盖层，中部为基岩风化残积土及全强风化基岩，深部高阻层解释为中、微风化基岩，但调查区受地表公路路基影响，浅部分层解释存在一定的难度，解释过程中宜结合少量钻孔进行综合分析。如图3所示，本次物探测线视电阻率反演断面图分析可知：

（1）测区内视电阻率单支曲线形态主要为“H”型和“A”型。

（2）根据区内地质特点，覆盖层人工填土（特别是混凝土路面）表现为相对高阻，粉质粘土、砂层表现为相对低阻，中（微）风化基岩区表现为相对高阻。

（3）测线范围存在下凹漏斗状低阻体，测点1200～1300左右，有一下凹漏斗状的相对低阻异常，推断可能为相对较深的风化槽引起的异常。测点1390～1580左右，有一下凹漏斗状的相对低阻异常，推断为断层破碎带或含水体引起的低阻异常，推测视倾向为北，倾角25°～35°，可能的发育深度20～70m。测点1800～1850左右，有一下凹漏斗状的相对低阻异常，推断为断层破碎带或含水体引起的低阻异常，推测视倾向为南，倾角35°～70°，可能的发育深度25～40m。测点2150～2210左右，有一下凹漏斗状的相对低阻异常，推断为断层破碎带或含水体引起的低阻异常，推测视倾向为南，倾角35°～70°，可能的发育深度25～70m。

（4）在深部方向上，高阻的起伏形态大致反映了基岩起伏形态。

5 结论

通过本次地震勘探，得到了基岩面起伏形态以及该测线的第四纪厚度，共发现断裂异常1个。通过钻孔验证，证明了断裂真实存在。

根据高密度电法成果，共圈定了3 处异常带，物探推断为断层破碎带或含水体，分别为：

（1）点号1390～1580范围，视倾向为北，倾角25°～35°，发育深度20～70m；

（2）点号1800～1850范围，视倾向为南，倾角35°～70°，发育深度25～40m；

（3）点号2150～2210范围，视倾向为南，倾角35°～70°，可能的发育深度25～70m。

根据以上物探结果，说明这两种方法在城市地质调查中具有良好的应用效果。