陳中山，段 剛，張 昭，贠小偉，楊 彪

1.河北省煤田地質(zhì)局 物測地質(zhì)隊，河北 邢臺 054000；2.河北省煤田地質(zhì)局，河北 石家莊 050085

0 引言

沙河市新城鎮(zhèn)東北部位于太行山南段東麓，屬殘丘地貌，地形起伏不大，地勢較平坦。海拔標(biāo)高115 m～148 m，地勢總體東南高、西北低，地形坡度6°左右。自2016年以來，沙河市新城鎮(zhèn)東北2 km處村莊的中偏西北部陸續(xù)出現(xiàn)了墻體裂縫，最嚴(yán)重的裂縫寬度達(dá)10 mm，廂房內(nèi)墻均出現(xiàn)或傾斜狀或水平狀或垂直狀裂縫，且有繼續(xù)加大的趨勢，周圍房屋亦陸續(xù)出現(xiàn)不同程度的裂縫。據(jù)初步統(tǒng)計，受損房屋有30余戶，受損房屋區(qū)南北長約155 m左右，東西寬約150 m左右，面積約2.3萬m2。為進(jìn)一步民宅維修治理工作提供地質(zhì)依據(jù)，先后向該區(qū)投入了淺層地震勘探和高密度電法等方法，進(jìn)行了災(zāi)害治理前期調(diào)查工作。在前期資料收集、地面調(diào)查的基礎(chǔ)上，通過調(diào)查分析該區(qū)房損成因及地災(zāi)形成機(jī)理，為災(zāi)害防治選擇有針對性的施工方法提供科學(xué)地質(zhì)依據(jù)。

1 工作區(qū)概況

1.1 區(qū)域地質(zhì)條件

工作區(qū)地處太行山東麓，屬于河北平原西緣，為洪積沖積而成，平原地貌。西部丘陵區(qū)山丘低緩，谷地開闊，臺地多為冰川泥礫組成，地下多煤、鐵礦藏。工作區(qū)為第四系覆蓋地區(qū)，從區(qū)域地質(zhì)條件分析，下伏地層為奧陶系地層，褶皺和斷裂發(fā)育，構(gòu)造比較復(fù)雜，巖漿巖體露頭也較多，其中燕山期巖漿侵入巖形成本地區(qū)接觸交代型鐵礦的成礦母巖，也是形成本地區(qū)無煙煤礦的重要熱源。區(qū)內(nèi)地層自老至新為：太古界贊皇群(Ar)、元古界甘陶河群(Pt1gn)和長城系(Ch)、下古生界寒武系(∈)、奧陶系(O)、上古生界石炭系(C)、二疊系(P)、新生界上第三系(N)、第四系(Q)。工作區(qū)位于邯鄲—邢臺地區(qū)巖溶發(fā)育地下水徑流帶內(nèi)，其地層底部為閃長巖體。以往周邊存在民采鐵礦活動，區(qū)域內(nèi)存在采煤活動，鐵礦成因為接觸交代式。

工作區(qū)地表大部為第四系(Q)覆蓋，只在村莊東、南部有閃長巖、正長閃長巖和峰峰組二段(O2f2)、一段(O2f1)灰?guī)r出露。依據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料和礦山開采地質(zhì)資料，工作區(qū)及附近地層主要有：奧陶系中統(tǒng)馬家溝組(O2m)、磁縣組(O2c)和峰峰組(O2f)，新生界第四系(Q)。見圖1。

1.2 地下水類型與補、徑、排特征

區(qū)域為百泉水文地質(zhì)單元，依不同含水巖系，自西向東又可分為變質(zhì)巖裂隙水、長城系石英砂巖構(gòu)造裂隙水、碳酸鹽巖巖溶水、松散巖類孔隙水4個類型。

圖1 區(qū)域地質(zhì)圖Fig.1 Regional geological map

西部山區(qū)古老片麻巖及中上元古界石英砂巖的構(gòu)造裂隙水，直接由大氣降水補給，沿裂隙由高向低運動，在溝谷切割處以泉的形式排出地表。丘陵碳酸鹽類地下水補給方式有二：一是直接入滲補給；二是區(qū)域側(cè)向徑流補給。地下徑流大體自西南向東北到邢臺百泉附近排泄出地面。

巖溶裂隙水為研究區(qū)一帶主要含水層，該含水層富水性、透水性好，屬強(qiáng)含水層，水位略淺于礦區(qū)巖溶水水位。南部礦區(qū)水位較低，局部形成漏斗，地下水水位埋深190～200 m。

研究區(qū)內(nèi)孔隙水水位埋深約5 m，巖溶水水位埋深190～160 m，能保持如此水頭差，表明研究區(qū)內(nèi)上下兩含水層之間水力聯(lián)系不密切。

周邊采礦業(yè)較發(fā)達(dá)，礦山開采排水。在研究區(qū)南側(cè)、馮村一帶第四系淺井雨季有少量水資源，其它季節(jié)第四系淺井干涸，礦區(qū)周圍及附近村鎮(zhèn)村民生活飲用水、工農(nóng)業(yè)用水主要為人工開采奧陶系中統(tǒng)巖溶裂隙水，村鎮(zhèn)周邊及附近無水源地。

2 成因初步分析

根據(jù)以往人類活動類別，初步認(rèn)為誘發(fā)民宅裂縫可能成因為：奧陶系巖溶發(fā)育地下水徑流帶引發(fā)的巖溶坍塌；民間采礦活動引發(fā)的地面沉降與塌陷；第四系地層內(nèi)存在不良地質(zhì)土體的變形引發(fā)的地面沉降；新構(gòu)造活動誘發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害；人工開挖活動誘發(fā)的地面變形，以及其它不明成因等。

2.1 巖溶坍塌

研究區(qū)處于山前丘陵臺地區(qū)，松散層厚度10～36 m。下伏碳酸鹽巖地層，巖溶發(fā)育，埋蒧較淺，由于是巖溶水補給區(qū)，加上礦山開采疏干排水活動，水位變幅較大，有形成巖溶塌陷的條件。

2.2 采礦活動引發(fā)的地面沉降、塌陷

村西北方向650 m左右為北東向斷層，附近煤礦在斷層以西，斷層以東為無煤系地層。村南為閃長巖侵入?yún)^(qū)，鐵礦開采權(quán)已規(guī)劃到村邊，距裂縫房屋區(qū)230 m左右。如是采空塌陷影響區(qū)，受損房屋應(yīng)延伸至村邊，推測研究區(qū)下方無礦山開采活動，有無其它開采現(xiàn)象，目前尚不清楚，需采用物探方法探明。

2.3 不良地質(zhì)土體變形引發(fā)地面沉降

裂縫院落地基可能有雜填土，存在不均勻沉降的可能。本區(qū)可能有膨脹土脹縮損壞房屋的可能，或者其它人工洞穴塌陷的可能。

3 研究區(qū)地球物理特征

區(qū)內(nèi)地層層序為第四系全新統(tǒng)亞粘土及粉細(xì)砂，下伏地層為奧陶系、寒武系、青白口系灰?guī)r。上覆地層由于其組分結(jié)構(gòu)特征，波速與電阻率具有明顯差異，下伏地層中巖溶塌陷帶，斷層破碎帶，或者由于人工開挖，形成空洞或采空冒落帶與裂隙帶，與圍巖也具有波速和電阻率差異，淺層地震與瞬變電磁法勘探具有較好的分辨能力[1-2]，在目標(biāo)區(qū)域采用該項技術(shù)探測適宜。

4 工作方法

根據(jù)任務(wù)要求和區(qū)內(nèi)地形條件、物性特征，確定采用淺層地震勘探和高密度電阻率成像技術(shù)進(jìn)行勘探，見表1。物探工作以調(diào)查地下空洞為目的，測線密度與房屋裂縫嚴(yán)重程度相結(jié)合，測線間距為30～40 m，向外圍則適當(dāng)稀疏(40～60 m)。依據(jù)“三邊”工作原則，發(fā)現(xiàn)異常點后可在后一期工作中加密勘察。

表1 采用方法及技術(shù)要求Table 1 Application method and technical requirements

5 資料處理與解釋

5.1 淺層地震資料

處理流程主要包括去噪處理、靜校正處理、剩余靜校正處理、零相位子波反褶積和時變譜白化處理、速度分析、動校正、疊加處理、偏移處理、時深轉(zhuǎn)換等[1-5]。

時間與深度剖面中存在一系列的反射波下凹特征，這些特征成為研究區(qū)地下水垂向徑流解疑的基本標(biāo)志，可以通過識別下凹標(biāo)志對地面沉陷進(jìn)行解釋與推斷。詳見表2和圖2(以1、2號地震測線為例)。

表2 地震資料解釋異常統(tǒng)計表Table 2 Statistical table of seismic exploration data interpretation anomalies

圖2 地震測線代表剖面成果圖Fig.2 Representative section result map of seismic survey line

表3 電法資料解釋異常成果統(tǒng)計表Table 3 Statistical table of abnormal results of electrical exploration data interpretation

5.2 高密度電法資料

處理流程主要包括：數(shù)據(jù)預(yù)處理(數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、突變點剔除、曲線圓滑、視電阻率斷面色譜圖繪制)、數(shù)據(jù)反演、地形修正、綜合地質(zhì)解釋等[6-12]。

結(jié)合物性條件，通常砂土層與粉土層均呈相對低阻分布，經(jīng)對該區(qū)的地下水位分析可知，位于第四系層內(nèi)的砂土多呈充水狀態(tài)，呈明顯的低阻分布，砂礫石層電阻率呈現(xiàn)相對高阻值，而局部淺層地下水疏干部位，則呈相對高阻表現(xiàn)。此次測量采取了溫納裝置類型進(jìn)行觀測，本次研究以溫納剖面的反演電阻率斷面為主，解釋淺部第四系地層砂土層的分布、電性界面分布以及淺層水地下水含水特征。見表3和圖3(以3、8號電法測線為例)。

圖3 電法測線代表剖面成果圖Fig.3 Representative section result map of electrical exploration survey line

6 物探異常分析及應(yīng)用

成果表明，地震勘探深度較深，可反映深部巖溶地層的巖溶發(fā)育特征。電法勘探深度相對較淺，但對淺部地層特征反映明顯，且能夠確定地層富水特性，據(jù)此可推測與下部巖溶或巖溶裂隙發(fā)育帶的聯(lián)通特征與性質(zhì)。

綜合分析，在整個巖溶地層淺埋區(qū)域，局部淺層地下水與下部巖溶貫通，大部分巖溶裂隙區(qū)域目前相對穩(wěn)定。根據(jù)本次研究與以往地質(zhì)資料分析，研究區(qū)民宅地基地層上覆第四系地層，結(jié)構(gòu)相對較薄，地表徑流能夠沿奧陶系巖溶裂隙發(fā)育地層形成地下水垂向徑流發(fā)育帶。根據(jù)各地震剖面下部地下水垂向徑流的異常位置，共劃分出5處地下巖溶裂隙發(fā)育區(qū)域。通過高密度電法勘探發(fā)現(xiàn)，在民宅裂縫最嚴(yán)重的位置附近存在1個淺層水位降落漏斗區(qū)域。推測這些因素對研究區(qū)民宅裂縫成因具有一定的因果關(guān)系。見圖4。

圖4 物探解釋災(zāi)害分布圖Fig.4 Geophysical interpretation of disaster distribution map

7 結(jié)論及建議

(1)研究區(qū)內(nèi)，未發(fā)現(xiàn)采空區(qū)特征，可排除民間采礦活動引發(fā)的地面沉降與塌陷；淺部未發(fā)現(xiàn)較大規(guī)模的溶洞和土洞及典型的巖溶塌陷特征；未發(fā)現(xiàn)大型墓穴和防空洞，可以排除人工開挖活動誘發(fā)的地面變形；未發(fā)現(xiàn)新構(gòu)造活動及誘發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害。

(2)分析民宅裂縫成因主要因素可以歸納為：第四系覆蓋層厚度相對較薄，5處巖溶裂隙發(fā)育區(qū)域，為歷史形成的巖溶裂隙區(qū)域；存在的1個淺層水位降落漏斗區(qū)域，在第四系地層含水層降落漏斗形成過程中，上下含水層存越流關(guān)系，第四系含水層對深部巖溶水進(jìn)行補給，由民宅下方地層地下水疏干作用，造成地基不均勻下沉，民宅墻體出現(xiàn)裂縫。

(3)為進(jìn)一步優(yōu)化地基塌陷危害評價，建議盡快對研究成果進(jìn)行鉆探驗證，并進(jìn)一步明確地基地層結(jié)構(gòu)特征，確定地基沉降對民宅主體安全的影響。