摘要：巖溶塌陷問題是近年來數(shù)量呈上升趨勢的一種地質(zhì)災(zāi)害類型。目前對巖溶塌陷機理仍未形成統(tǒng)一的、系統(tǒng)的認識.研究巖溶地面塌陷誘發(fā)因素的地球物理場特征，在室內(nèi)建立巖溶塌陷模型模擬各種外力條件誘發(fā)巖溶塌陷過程，采用物探手段監(jiān)測巖溶塌陷發(fā)生前、中、后地球物理場變化規(guī)律，模擬試驗表明發(fā)生巖溶塌陷時電阻率、電位發(fā)生顯著變化，震動監(jiān)測可以通過異常振幅、振幅頻譜、實時H/V 值、時頻分析等方式監(jiān)測巖溶塌陷信號。模擬室內(nèi)試驗觀測表明在發(fā)生各種巖溶地塌陷過程時電阻率、電位將發(fā)生較顯著空間變化，震動監(jiān)測系統(tǒng)可以自動通過異常振幅、振幅頻譜、實時H/V值、時頻分析等技術(shù)方式來監(jiān)測巖溶地塌陷預(yù)警信號。

　　前言

　　物探技術(shù)應(yīng)用于地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測領(lǐng)域起步比較晚，目前主要采用地質(zhì)雷達、微地震以及時移電法技術(shù)對特定地質(zhì)災(zāi)害開展監(jiān)測預(yù)警[1]。

　　一、巖溶塌陷物性模型設(shè)計

　　野外模型試驗參照武漢市的巖溶地質(zhì)結(jié)構(gòu)類型和巖溶地面塌陷類型設(shè)計。根據(jù)收集的武漢市地質(zhì)資料，按照碳酸鹽巖上覆蓋層的特點，將武漢市巖溶劃分為兩種類型，即包含為覆蓋型巖溶區(qū)和埋藏型巖溶區(qū)。分析誘發(fā)巖溶地面塌陷的因素，主要分成以下3種： ①降水；②地下水活動③工程建設(shè)活動產(chǎn)生的強[1]。

　　二、監(jiān)測方法簡介

　　高密度電阻率法：高密度電阻率法技術(shù)又稱為層析電阻率成像法技術(shù)，是指一種高密度陣列式的電阻率法勘探研究方法。它是一種以查明巖石、礦石組分的熱導(dǎo)電性、電化學(xué)活動性、介電性場和磁導(dǎo)與磁性導(dǎo)的分布差異情況為勘察物理基礎(chǔ)，使用一套專用的科學(xué)儀器設(shè)備，觀測或研究揭示地殼以及周圍地殼物理場系的異常變化規(guī)律和空間分布演變規(guī)律，進而來有效解決有關(guān)地質(zhì)問題方法的現(xiàn)代地球物理工程勘察物理方法。

　　微地震監(jiān)測：巖溶活動中提供出的各種瞬時地震信號特征一般和同期或其它各種實時地震信號中反映到的其他地質(zhì)屬性特征相比都還往往沒有明顯地不同，如果當(dāng)我們可以從一些其他各種實時地震信號資料特征中直接地分析測取的到出現(xiàn)了許多與我國實際地質(zhì)巖溶活動相比較的相似程度的地震屬性時，可以看到直接分析對我國地震觀測預(yù)報工作及對巖溶塌陷地區(qū)塌陷程度監(jiān)測所起到的到的有了一定參考作用。這些屬性表中還通常只會列出包括：振幅值屬性、頻率屬性、H值/V值屬性等。

　　平均絕對振幅統(tǒng)計：對信號頻譜進行加權(quán)平均及絕對大振幅分析統(tǒng)計分析后便可以自動從中識別分離出多個警報信號，再進而對被摘選后的其他眾多的警報信號逐一進行信號頻譜特征分析。傳統(tǒng)上的STA/LTA算法可以在微震監(jiān)測系統(tǒng)和超強震波檢測儀器中廣泛用于快速識別突變波信號，也就是識別瞬態(tài)和強震振幅變化信號[2]。

　　頻譜計算：要根據(jù)反向的指導(dǎo)原理舍棄掉了所有可能人與巖溶活動產(chǎn)生的頻率不可能完全相關(guān)的實時異常的震動和信號活動，即這種實時的異?；驈姷恼穹恼駝有盘査a(chǎn)生出的頻譜特征與人類巖溶的活動產(chǎn)生的頻譜特征之間如果完全表現(xiàn)出完全一致，就可以基本上就能夠完全的排除人巖溶活動的存在的這全部可能性。

　　H/V 譜比計算：基于微動信號頻率的H/V方法是相比較于目前其它各種傳統(tǒng)的數(shù)字微動數(shù)字信號頻率處理測量技術(shù)方法而言也是目前另外又一種技術(shù)操作方式更加簡潔直觀更便捷和可靠有效的技術(shù)新技術(shù)方法，又有常被稱為三分諧振測量技術(shù)方法或稱為 HVSR方法，它的其實也是一種基于一種可以精確自動估算地表層的振動峰值和共振峰頻率和振動信號的放大衰減系數(shù)的又一種測量技術(shù)，能夠準(zhǔn)確自動地計算并測量計算出微動信號頻率中的水平分量頻率和垂直水平分量頻率之頻率比[3]。典型的H/V頻率的譜頻率之比曲線上一般會具有至少包含一個較為明顯的或可能包含了多個具有較多明顯頻率特征的峰值頻率。H/V特征曲線的起伏曲線的觀測時間特征和變化情況往往還能夠與其和反映巖溶或地下空間淺部物性變化的起伏變化情況進行直接對應(yīng)。

　　三、巖溶塌陷模型試驗電性監(jiān)測數(shù)據(jù)分析：電性監(jiān)測采用高密度電法裝置，設(shè)置電

　　極30根，電極距0.16m，監(jiān)測排列總長度4.8m左右，主要監(jiān)測模型上部約0.8m厚的土層在不同狀態(tài)下的電性特征。

　　試驗現(xiàn)象：降雨發(fā)生約12—24分鐘，下部砂土開始流失，在第16分時砂土流失加劇，上部土層開始局部塌陷，塌陷持續(xù)到降雨約22分鐘左右開始逐漸減小，降雨在24min時停止，但是下部砂土還在少量流失，32分鐘后，模型基本穩(wěn)定。

　　震動監(jiān)測數(shù)據(jù)分析：本次地震監(jiān)測試驗選用了意大利SolGeo 公司生產(chǎn)的Dymas24地震振動系統(tǒng)、檢波器寬頻加速度計，頻率響應(yīng)范圍為1～315 Hz，加速度動態(tài)范圍0～1m/s2，試驗采樣率為200 赫茲。分別在降雨前、降雨中、降雨后抽取其中的信號片段進行振幅計算、頻譜分析和H/V值計算。

　　四、結(jié)論

　?。?）通過模擬巖溶地面塌陷，獲取巖溶地面塌陷發(fā)生過程中土層電性變化，結(jié)果表明為電阻率與含水性有較大關(guān)系；在模型發(fā)生塌陷時，視電阻率和自然電位都發(fā)生較大的變化，并且在靠近塌陷部位兩者變化都會更加明顯。

　?。?）室內(nèi)模型震動監(jiān)測結(jié)果顯示，巖溶活動的微地震監(jiān)測有較好的顯示，當(dāng)巖溶塌陷發(fā)生時會產(chǎn)生突然跳起的脈沖信號，并且會出現(xiàn)連續(xù)固定頻率的瞬態(tài)信號； 通過計算實時 H/V 值曲線分析，巖溶塌陷的H/V值曲線的峰值突然升高，且伴隨有波峰帶寬增大等特征出現(xiàn)，可以推測為土層物性正在發(fā)生改變，場地可能存在巖溶活動。

　?。?）由于野外監(jiān)測點無明顯的地下水變化、無大的沉降，野外塌陷在長的監(jiān)測時間段內(nèi)，可能一直不會發(fā)生塌陷，可能即使是一直存在也絕對不會存在突然而發(fā)生大規(guī)模的局部塌陷，因此國內(nèi)尚有其他很多地區(qū)的塌陷模擬及監(jiān)測技術(shù)成果目前都仍未在最終的得到觀測驗證。建議該項目在后期也應(yīng)選擇在目前國內(nèi)對其它監(jiān)測點連續(xù)地進行一個較大規(guī)模長短周期連續(xù)模擬試驗觀測，并能同時對與國外現(xiàn)有及其它探測研究手段已提供到的長期模擬實驗監(jiān)測資料的研究結(jié)果等內(nèi)容進行較為充分地對比分析及驗證分析從而可以進一步總結(jié)修改并完善長期模擬試驗的監(jiān)測結(jié)論。因此很多模擬成果未得到驗證。建議后期在其它監(jiān)測點進行長周期觀測，并與其它手段的監(jiān)測結(jié)果進行對比分析，進一步完善試驗結(jié)論。

　　參考文獻：

　　[1]吳亞楠，周紹智，王延嶺，等．國內(nèi)外巖溶塌陷監(jiān)測方法綜述[J]．山東國土資源，2018，34（12）：1－6．

　　[2]羅小杰，沈建． 我國巖溶地面塌陷研究進展與展望[J]． 中國巖溶， 2018，37（ 1）：101－111．

　　[3]涂婧，魏瑞均，楊戈欣，等．湖北武漢巖溶塌陷時空分布規(guī)律及其影響因素分析[J ]．中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報，2019，30 （6）：68－73．

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