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。