0 引言

粤北岩溶区是广东省碳酸盐岩主要分布区，约占全省碳酸盐岩总面积的 77.4%（叶照桂，2006；李森等，2010）。岩溶地区岩溶洞隙、岩溶沟槽等地貌都是岩溶范畴内的地质灾害现象（黄友建，2010），由其所构成的岩溶地基常常引起地基承载力不足、不均匀沉降、地基滑动和塌陷等地基变形破坏，对工程建设造成不利影响（毛洪亮等，2020；王洁， 2021；吴浩等，2022），且极具隐蔽性、突发性和反复性。另外，岩溶地区灰岩发育形成的高陡边坡，在人类工程活动下极易形成崩塌落石（林锋等，2015； 苏士星和何飞，2022）。

微重力探测、大地电磁法、微动技术、高密度电法、磁通瞬变电磁法等技术方法均是岩溶塌陷调查的常用方法，但各类物探方法都有其应用的前提条件，同时单一的物探方法容易受到电磁或噪声干扰，成果存在多解性，而综合物探方法具有互相补充、互相印证的优势，因此具有更好的探测效果（魏国灵等，2020；邱波等，2022）。另外，岩溶区崩塌往往边坡陡立、高差较大，仅靠传统的人工地面调查手段难以全面查清崩塌发育特征，靠人工进行地面调查耗时费力、难度大，且容易存在调查盲区（郭晨等，2021）。机载激光雷达能够获取精确的地表三维坐标，通过点云滤波可以有效去除地表植被、建筑物，得到真实地面点云，进而生成高分辨率数字高程模型（digital elevation model，DEM）（党杰等， 2022），同时还可以获取高分辨率正射影像和三维倾斜模型，是近年来崩塌滑坡等地质灾害调查评价最有效的方法之一（许强等，2019；许强，2020）。

地处粤北石灰岩地区的连州市连州镇，以小型盆地-河谷地貌为主，区内碳酸盐岩广泛分布，约占全镇总面积的 63.82%。由于岩溶极其发育，岩溶地下水丰富且与降雨、地表水联系密切，加之该区第四系覆盖层厚度薄、强度低、结构松散，属于岩溶塌陷易发区（曾土荣，2006；郭素兰和李瑞狮，2009），但利用常规手段调查研究仅发现岩溶塌陷2 处，由于诱发岩溶塌陷的因素复杂多样，可能存在尚未发现的隐蔽岩溶区。并且已查明的岩溶塌陷继续发展，引起的危害将更严重。同时岩溶发育引起的崩塌灾害也严重影响当地人民生命财产安全，如2020年2月10日，受长期降雨、岩体自然风化、溶蚀以及削坡建房等因素影响，连州镇磊平苑后山发生崩塌群地质灾害，石灰岩岩块坠落于坡脚，方量约 37.7 m³，造成一栋民房损坏，无人员伤亡。并且剩余危岩威胁67户约300人，潜在经济损失约6700万元。

因此，本文主要采用机载 LiDAR、探地雷达、微动勘探、高密度电法、反磁通瞬变电磁法组成的空地一体化现代新技术先进手段，查明连州市连州镇崩塌灾害发育情况及特征以及岩溶塌陷灾害发育的地质背景条件、覆盖层特征、岩溶发育情况等。以期为国土空间规划、用地调整以及岩溶塌陷、崩塌等地质灾害的风险评价、监测预警、应急处置和工程治理等提供基础依据。

1 研究区地质环境条件

研究区位于广东省连州市中心城区，隶属连州市管辖，辖区总面积约 175.64 km²，户籍人口约 14. 0 万，常住人口约 17. 0 万，中心城区人居密集。连州市最低海拔 18 m，最高海拔 1679 m（图1）。连州镇位于连州市西南部，交通条件极为便利，地势高程相对中等，镇域内呈东西高、中间低的态势，地貌类型主要为丘陵、河谷平原及中低山地地貌。（陈东平等，2021）。主要水系为连江及其支流星子河、东陂河和三江河，星子河自北东向南径流，东陂河自西北向南径流，两者在鸬鹚嘴村汇合后称连江，并向南流通过市区（陈真莲，2014）。区内岩溶地貌发育，主要分为裸露型、覆盖型和埋藏型3类。裸露型岩溶区主要位于连州盆地周边山区，由泥盆系— 三叠系碳酸盐岩夹碎屑岩组成；埋藏型岩溶区主要位于连江右岸红层盆地，地表主要为白垩系—古近系红色砂砾岩，其下埋藏有泥盆系—三叠系碳酸盐岩；覆盖型岩溶区主要位于连江左岸主城区及三江河河谷，为河流一级阶地，表层为第四系洪-冲积层组成（张雅杰等，2007）。

研究区位于南岭东西向复杂构造带，湘南南北向构造带及华夏系、新华夏系构造的复合交接处，由于经历了加里东以来的多次地壳活动，形成了以近北东向构造为主，近东西向、北西向为辅的断裂构造体系格局。区内出露的地层从老到新有泥盆系、石炭系、二叠系、三叠系、古近系、第四系等。岩性主要为灰岩、白云岩、砂岩、页岩、砾岩等。地下水类型主要为第四系松散岩类孔隙水、碳酸盐岩裂隙溶洞水、层状基岩裂隙水。新构造运动主要表现为地壳的差异性升降运动和局部水平运动，研究区未发生过地震，周边低震级地震活动较少，无破坏性地震记录。研究区涉及连州镇中心城区及周边地区，机载LiDAR及物探工作范围如图1所示。

2 空地一体化技术方法及数据

为查明连州镇崩塌及岩溶地面塌陷等地质灾害发育分布特征，主要采用空地一体化的技术手段开展研究工作，其中磊平苑后山崩塌区地形条件复杂、房屋建筑密集且结构多样，结合现场调查拟采用机载 LiDAR航空遥感技术进行崩塌调查评价，可以直观展示该区域地质复杂程度和灾害发育情况，其他一般区受经费等条件限制暂未采用。另外岩溶塌陷地质灾害主要采用综合物探技术手段。

2.1 机载LiDAR技术

机载激光雷达是一种新型主动式航空传感器，通过无人机挂载激光发射器能够直接获取精确的地表三维坐标，结合一定的滤波算法可以有效去除地表植被、建筑物的影响，获取真实地面点云，进而生成高分辨DEM，在茂密植被覆盖下的滑坡等地质灾害的调查识别中，机载 LiDAR有着传统调查方法和光学遥感技术不可比拟的优势。本次机载 LiDAR数据获取飞行平台采用大疆M300RTK，激光雷达设备采用觅道 MID-40，最大射程 120 m，扫描角 38.4°，获取的点云密度约 5 点/m²。同时利用有效像素 4500 万的禅思 P1 光学相机获取了光学影像。

通过对原始激光数据经过解算，平面和高程进行校正，得到精度符合要求的初步点云成果，再将点云数据导入 TerraSolid 软件，通过裁剪航线、点云分块、分离低点、分离地面点、人工编辑修改检查等系列操作获得了地面点云数据，生成了规则格网 Grid格式的高精度 DEM 数据（Xu et al.，2021）。进而利用Pix4D及INPHO数字摄影测量系统软件经过空三加密、光束法区域网平差、影像拼接、纹理映射等步骤对光学影像进行处理，生成用于崩塌灾害调查的分辨率优于 0.1 m 的正射影像图（digital orthophoto map，DOM）和倾斜摄影三维模型（许强等，2022）。机载 LiDAR 崩塌灾害调查评价技术流程如图2所示。

2.2 综合物探技术

本文中岩溶塌陷主要采用探地雷达、微动勘探、高密度电法、反磁通瞬变电磁法组成的综合技术方法，用于查明岩溶塌陷灾害发育的地质背景条件、覆盖层特征及岩溶发育情况。本次岩溶塌陷调查涉及中心城区约54.18 km²，共布设探地雷达测线 72 条，微动勘探测线 2 条，高密度电阻率法测线 10 条，反磁通瞬变电磁法测线 2 条。根据地质背景条件又将研究区分为重点区、次重点区和一般区（图3），根据不同区岩溶发育情况采用不同的物探手段。其中重点区包含连江及左岸人口相对集中的第四系覆盖区，主要采用探地雷达、微动勘探两种物探方法；次重点区为三江河湟村—下村段人口相对分散的第四系覆盖区，主要采用高密度电阻率法；一般区位于连江右岸的白垩系—古近系砂砾岩埋藏型岩溶区，主要采用反磁通瞬变电磁法和高密度电阻率法。

3 地质灾害调查评价结果

3.1 崩塌

连州镇区一带为岩溶发育地带，坡体岩性为灰岩，前期人为采石和后期削坡建房形成陡立的人工边坡，边坡地形陡，磊平苑后山崩塌体为灰岩岩块， 2020年崩塌方量约 37.7 m³，规模为小型，潜在危岩体约2110 m³。边坡呈连续长条形状，坡面植被零散分布，发育程度中等。崩塌前缘（边坡底部）高程 105～107 m，后缘（边坡顶部）高程 110～130 m；相对高差 5～20 m，坡长约 420 m，主体坡向 300°～320°，东高西低，坡度 65°～90°，局部出现反倾。崩塌出现在边坡顶部、中部，以滚落和坠落两种形式脱离母体，崩塌体对坡脚民房造成一定的损坏，边坡两侧房屋基础形式主要为天然地基，未见高层建筑以及深基础。

崩塌区在机载 LiDAR 影像上特征较为明显（图4a），根据机载 LiDAR 影像结合现场调查，将崩塌群分为 13 段（图4b），如表1 所示，测得各段边坡的产状以及节理裂隙产状，进而结合赤平投影初步分析了各段的稳定性情况（图4c），结果显示该区危岩体稳定性基本较差。结合建立的三维实景模型（图4d），崩塌区地形坡度多为65º～90º，局部反倾，多为坠落式崩塌（图4e，4f）。由于该区灰岩边坡最大坡度近垂直，高悬于陡崖上缘的危岩体，在后缘顺坡向裂隙、两侧裂隙和层面的切割下形成凹腔，岩体原有的节理、裂隙在降雨和风化作用下得到进一步的发展、贯通形成危岩，进而在岩体自重作用下将发生坠落失稳破坏。

a—机载LiDAR影像；b—崩塌群平面分布图；c—赤平投影图；d—崩塌群三维模型；e—6-6′段崩塌现场照片；5-5′段崩塌现场照片

3.2 岩溶塌陷

3.2.1 岩溶塌陷发育情况

（1）重点区

面积约 7.88 km²，开展了地质雷达、微动勘探。勘探成果如图5 所示，重点区的异常主要集中在 ①区、③区，主要为岩溶发育区、第四系松散区、脱空区、空腔；②区异常分布相对较少，主要为小于 5 m的岩溶发育区；④区则以脱空类异常为主；⑤区以第四系松散区为主，小于5 m的岩溶异常次之。

其中，在位于重点区的良江小区第四系的软弱松散区和灰岩岩溶异常较发育，利用地质雷达推断了基岩中发育的 12处岩溶区，圈定了 6处第四系覆盖层中的松散区。微动勘探一共圈定了 15 处异常区，7 处位于基岩基面附近，主要呈现漏斗状的特征，推断为岩溶或基岩风化、破碎区域，另外 8 处位于基岩中，呈较小范围的圈闭异常，推断为溶蚀区域。反磁通瞬变电磁法共圈定了 9 处异常区域，主要位于基岩基面和浅部，呈现漏斗状异常和圈闭异常，推断为岩溶发育或基岩风化、破碎。

（2）次重点区

面积约为 2.6 km²，共布设 9 条高密度测线，结果表明该区第四系覆盖层厚度为 5～30 m，主体厚度在 10 m 左右，基岩浅部岩溶较发育、溶蚀作用较大，但主要为 1～2 m的小岩溶，有 2个岩溶发育区， 1个溶蚀区域，涉及长度约430 m。塌陷坑附近第四系覆盖层的深度为18～30 m。

（3）一般区

面积约 26.86 km²，共布设 2条“十”字相交的反磁通瞬变电磁法长剖面，测线分别长 7. 0 km 和 6.34 km。一般区的反磁通瞬变电磁法勘探推断了第四系覆盖层和红层的厚度分布情况，圈定了 3 处岩溶发育或溶蚀区。另外出露地表的基岩区存在一定程度的风化，无明显的岩溶发育特征，随着深度的增加，基岩相对完整。

另外，从物探方法来看，将各种物探方法推断的岩溶发育区按大小进行统计，发现地质雷达推断的主城区岩溶大小均小于 20 m，其中 66.67% 为 0~5 m 的小型岩溶；微动勘探推断的主城区岩溶集中在 6~10 m，占比 90.91%；高密度电法推断的城郊岩溶发育、蚀变区相对较大，最大达到 320 m；反磁通瞬变电磁法推断的岩溶发育、蚀变区在150~350 m。

从区域来看，如表2所示，重点区推断的岩溶主要以小于 5 m 的小型岩溶为主，占 63.22%；6~10 m 的岩溶占到 31. 03%，11~20 m 的岩溶占到 5.75%。次重点区高密度电阻率法推断的岩溶发育和溶蚀区域有3处，均大于20 m，最大达到32 0m，其中大范围分布的岩溶发育和溶蚀区域，认为是多个中、小型岩溶或溶蚀区域综合的反映。一般区反磁通瞬变电磁法推断的岩溶发育和溶蚀区域有 3 处，均大于150 m，最大到达350 m，分析认为是多个中、小型岩溶或溶蚀区域综合的反映。各类物探方法的效果图如图6所示。

3.2.2 成果质量检查及工程验证

为了保证工作质量，综合物探工作通过重复观测的方式进行质检工作。4种物探技术质检比例均在 5% 以上，其中地质雷达、微动勘探、反磁通瞬变电磁法通过前后两次测量的物探成果图件来进行对比，通过重复性来评价数据采集质量是否合格。前后两次的成果图件对比结果显示物探整体效果几乎一致，说明数据质量可靠。

a—瞬变电磁效果图；b—微动勘探效果图；c—高密度电法效果图；d—地质雷达效果图

由于地质情况复杂多变，地下空间管线等情况不明，同时物探工作受多解性等因素制约，解译成果与实际情况可能存在差异。根据工程分布实际情况，结合工程地质勘察对物探成果进行工程验证，以重点区的某小区为例，该小区开展了地质雷达、微动勘探、反磁通瞬变电磁法这3种综合物探方法，通过收集的钻孔岩心资料与物探成果进行对比分析，钻孔岩心揭露的溶洞及破碎基岩均与物探剖面中的异常位置相对应，第四系覆盖层厚度变化也与物探成果图中异常特征分界面吻合（邱波等，2022）。说明综合物探方法在此处取得了较好的效果。

4 结论

（1）通过空地一体化技术查明了连州镇磊平苑后山崩塌体特征，灰岩块体大多处于基本稳定—欠稳定状态，严重威胁下方居民的人身财产安全，因此实施工程治理十分必要且紧迫；连州镇中心城区北部区域的第四系软弱松散区及灰岩岩溶异常较发育，岩溶发育总体呈现竖向和大角度发育特征。

（2）探地雷达探测城区第四系异常、地下管线异常极为有效，也能探测浅层基岩岩溶异常，但易受城市复杂电磁波干扰并且探测深度较浅；高密度电法探测深度较深，能有效探测岩溶发育及溶蚀区；但易受城市高电磁环境干扰，且存在电极与硬化地面耦合问题，需有效改善接地条件；瞬变电磁探测深度深，受电磁波干扰较小，但浅层存在探测盲区，且分辨率低，适合一般区开展大范围探测；微动勘探能精细划分地层构造，勘探深度较深，但是价格昂贵，适用于小范围重点区域。

（3）本次研究查清了连州镇中心城区岩溶异常 （溶洞）、第四系松散区、脱空区、空腔（土洞）分布特征，推断出第四系覆盖层深度分布特征，为国土空间规划、用地调整以及岩溶塌陷、崩塌等地质灾害的风险评价、监测预警、应急处置和工程治理等提供基础依据。

致谢 项目实施过程中得到了中国地质大学 （武汉）万军伟团队，湖北省地质局地球物理勘探大队刘志良、邱波、刘城、周世昌，广东省有色地质测绘院邹烈国、康学凯、李远文在水文地质、物探及遥感工作中的协助。同时感谢广东省地质灾害防治协会张建国，广东省地质环境监测总站郑志文、李金湘，广州市城市规划勘测设计研究院刘伟、华南理工大学宿文姬等专家对项目设计、野外工作以及成果报告提供了宝贵的建议，在此一并表示感谢！

参考文献