电阻率层析成像技术在摩洛哥中部高阿特拉斯地区阿齐拉尔地区喀斯特灾害评估中的应用

时间:2026年5月28日
来源:Journal of African Earth Sciences

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Sliman Hitouri|El Arbi Toto|Mohamed Hafid|Ibtissam Rezouki摩洛哥伊本·图法伊尔大学理学院地质系地球科学与自然资源实验室,BP 133,凯尼特拉 14000摘要中央高阿特拉斯地区的下侏罗纪碳酸盐岩地层,尤其是在阿齐拉尔地区,

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Sliman Hitouri|El Arbi Toto|Mohamed Hafid|Ibtissam Rezouki
摩洛哥伊本·图法伊尔大学理学院地质系地球科学与自然资源实验室,BP 133,凯尼特拉 14000

摘要

中央高阿特拉斯地区的下侏罗纪碳酸盐岩地层,尤其是在阿齐拉尔地区,受到强烈的喀斯特化作用影响,这对城市化和农业构成了重大风险。本研究旨在识别和绘制喀斯特空洞的空间分布和范围,以支持灾害评估和风险缓解工作。采用电阻率层析成像(ERT)技术来调查地下结构并检测潜在的空洞。结果显示,研究区域的北部地区存在广泛的喀斯特化现象,该地区主要由阿伦期的Bin El Ouidane-1地层的“鸟眼状”石灰岩构成。实地观察到的地表塌陷现象与ERT检测到的地下空洞相结合,表明该区域的喀斯特灾害风险非常高。
相比之下,研究区域的南部主要由托阿尔期的阿齐拉尔地层红色碎屑沉积物组成,没有喀斯特化的迹象。喀斯特特征的分布受到碳酸盐岩岩性和断层网络的强烈控制,这些因素促进了地下水的循环并加速了溶解过程。
这些发现突显了ERT技术在检测隐蔽空洞方面的有效性,并强调了在中央高阿特拉斯地区喀斯特易发区域实施综合灾害评估和管理策略的迫切需求。

引言

喀斯特化主要发生在下伏可溶性岩石(尤其是石灰岩和白云岩)的地区(De Waele和Gutiérrez,2022;Gilli,2015;Naouadir等人,2023a,2023b;Palmer,2007,1991;White,1988;White和White,2013)。它发生在碳酸盐岩出露且地下水循环足够促进溶解作用的区域。这些岩石对化学风化非常敏感,可以被微酸性的水溶解。喀斯特系统是由溶解特征在空间和时间上的逐步演变形成的,包括沿构造不连续面形成的洞穴(Shanov和Kostov,2015)。随着时间的推移,这些特征可能发展成广泛的喀斯特网络(Fairchild和Hartland,2011)。
在地表,喀斯特化通常表现为地下空洞上方的地面沉降。尽管喀斯特地形可能代表自然灾害,但它们也是保存重要岩性、地貌结构和古气候信息的宝贵地质遗址(Ait Omar,2021;Couvreur,1978)。因此,喀斯特环境为记录和保存环境变化提供了独特的条件(Fairchild和Hartland,2011;Frisia和Borsato,2010)。喀斯特化是控制因素相互作用的结果,包括决定喀斯特潜力的岩性和结构,以及调节其动态的气候和水文条件(Ford和Williams,2007)。
这些过程受到岩性特征、断裂网络以及构造元素与地下水流动关系的强烈影响(Fairchild和Hartland,2011)。摩洛哥拥有广泛的碳酸盐岩露头,是北非喀斯特研究最有前景的地区之一。该国划分为几个主要构造单元(图1):(1)撒哈拉域,对应于西非克拉通(WAC);(2)反阿特拉斯及其相邻盆地(苏斯和瓦尔扎扎特);(3)阿特拉斯系统(高阿特拉斯和中阿特拉斯),延伸至阿尔及利亚和突尼斯;(4)梅塞塔域,构成阿特拉斯山脉的基底;(5)里夫山脉,代表直布罗陀弧的南部分支。此外,大西洋边缘构成了第六个构造单元,与这些单元相交,反映了阿特拉斯山脉南部的被动边缘环境(Michard等人,2017)。这些单元展示了控制喀斯特过程和地貌演变的地质和地貌特征(Naouadir等人,2025)。
中央高阿特拉斯地区,包括位于摩洛哥中部的阿齐拉尔研究区域(图1),对于评估与喀斯特相关的灾害具有特别重要的意义。该地区的地质和构造条件有利于喀斯特发育,导致了显著的社会经济影响,但只有少数研究调查了阿齐拉尔地区的喀斯特化过程(Ait Addi和Chafiki,2013;Ettaki等人,2000;Milhi等人,2002)。
多种地球物理技术已被成功应用于检测和表征喀斯特特征,包括塌陷区和地下空洞。电阻率层析成像(ERT)广泛用于识别可能构成重大隐患的断层和近地表空洞(El Khalki等人,2007;Hitouri等人,2025;Jabrane等人,2023;Toto等人,2008;Valois,2011)。其他方法,如电磁勘探(EM)(Doolittle和Collins,1998;Kašpar和Pecen,1975;Purwanto等人,2024)和地震折射(Cook,1965;Jabrane等人,2023),也有助于喀斯特的检测。然而,ERT特别适合成像与空洞、断裂和含水饱和区相关的地下电阻率差异。
本研究旨在利用基于ERT数据、地质观测和水电地质钻孔信息的综合方法来检测和表征阿齐拉尔的地下喀斯特空洞。与其他地球物理方法相比,ERT在调查深度和分辨率之间提供了良好的平衡。地震方法对于检测速度差异有效,但可能无法分辨小空洞(Jongmans和Garambois,2007)。重力勘探可以识别大尺度密度异常,但对于浅层特征效果较差(Butler,2005)。探地雷达(GPR)在浅层提供高分辨率成像,但在导电性差或富含粘土的环境中效果有限(Chalikakis等人,2011;Chekkouch等人,2025;Neal,2004)。
通过整合这些数据集,本研究旨在划定喀斯特化风险较高的区域,并提高对中央高阿特拉斯地区喀斯特过程的理解,从而有助于更有效的灾害评估和土地利用规划。

章节摘录

地质背景

在阿齐拉尔地区,即中央高阿特拉斯的一部分,地质露头主要由五个地层组成:Aganane地层、Azilal地层、Bin El Ouidane群、Tilouguite地层和第四纪沉积物(Ait Addi和Chafiki,2013;Ettaki等人,2000;Milhi等人,2002)(图2和3)。
普林斯巴赫期的Aganane地层主要由白云岩组成,其中含有少量的石灰岩生物流纹层,被描述为一种有节奏的钙质-白云岩单元(Septfontaine,1986)。

数据和方法

本研究采用的方法包括三个主要组成部分:地质调查、水电地质钻孔数据分析以及ERT数据的处理和解释。地质调查包括现有地质信息的整理和野外工作,如岩层地层柱的构建以及研究区域内地质地层的分析。这些分析的结果在前一节中进行了介绍。
分析

解释和结果

对五个ERT剖面(ERT-1至ERT-5)(图2)的解释,结合野外地质观测和钻孔数据,可以识别地质地层、检测断层和构造特征,并划定喀斯特化区域。此外,结果还提供了关于潜在天坑发育区域的见解。
沿NW-SE方向获取的ERT-1剖面的解释显示,该区域内存在多个大型喀斯特空洞。

讨论

对地质数据和ERT调查的综合解释表明,研究区域的北部几乎完全由阿伦期的Bin El Ouidane-1地层的“鸟眼状”石灰岩构成。这些石灰岩由于其强烈的断裂、高溶解度和次生孔隙度的存在,非常有利于喀斯特化,这促进了地下水的循环和空洞的形成。
该地层中的大型空洞可以

结论

对野外数据和ERT剖面的综合解释表明,研究区域包含五个不同的地质地层:Aganane地层(普林斯巴赫期)、Azilal地层(托阿尔期);Bin El Ouidane-1地层(阿伦期)、Bin El Ouidane-2地层(巴约克期)和第四纪阶地沉积物。
Bin El Ouidane-1地层由阿伦期的“鸟眼状”石灰岩组成,厚度约为110米,主要由白云质石灰岩构成。

作者贡献声明

Sliman Hitouri:撰写——初稿、软件、方法论、资金获取、数据管理。El Arbi Toto:撰写——审阅与编辑、验证、监督、软件、项目管理、资金获取、概念化。Mohamed Hafid:撰写——审阅与编辑、资源管理、项目管理、资金获取、数据管理。Ibtissam Rezouki:撰写——初稿、方法论、正式分析

未引用参考文献

Chalikakis等人,2011a;Kaspar和Pecen,1975;Souhel,1996b。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。

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