高密度電法在探測隱伏斷裂帶中的應用

池躍龍，張 亭，王星捷

（1.成都理工大學工程技術(shù)學院，四川樂山 614000；

2.成都理工大學地球探測與信息技術(shù)教育部重點實驗室，四川成都 610059）

高密度電法在探測隱伏斷裂帶中的應用

池躍龍1.2，張 亭1.2，王星捷1.2

（1.成都理工大學工程技術(shù)學院，四川樂山 614000；

2.成都理工大學地球探測與信息技術(shù)教育部重點實驗室，四川成都 610059）

本文介紹了高密度電法的原理及工作方法，并應用高密度電法對龍門山斷裂區(qū)的隱伏斷裂帶進行了勘測。實驗結(jié)果表明了高密度電法，是探測隱伏斷裂帶的行之有效的方法。

高密度電阻率法；隱伏斷裂帶；大地電測深

0 引言

斷裂帶是一種常見的地質(zhì)構(gòu)造之一。了解斷裂帶的分布情況對我們了解區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造有著重要的意義。高密度電阻率法是在常規(guī)電法勘探的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型物探方法,可廣泛應用于地質(zhì)調(diào)查及工程勘察中[1]。高密度電法比常用的電阻率法有更多的優(yōu)點，一次可以完成縱、橫二維勘探過程，觀測精度高，采集數(shù)據(jù)可靠，獲得地質(zhì)信息豐富[2]。本次高密度電法的主要任務是獲得可靠的地電數(shù)據(jù)，進而查明測區(qū)斷裂帶分布情況，通過實驗證明高密度電法在探測隱伏斷裂方面的有效性。

1 高密度電法原理及方法

高密度電阻率法的工作原理與常規(guī)電阻率法相同，都是以巖土介質(zhì)的導電性差異為基礎(chǔ)，通過觀測人工建立的地下穩(wěn)定電流場的分布規(guī)律來進一步推測地下的地質(zhì)情況[3]。與常規(guī)電阻率法不同的是，高密度電法在現(xiàn)場測量時,只需要將全部電極設(shè)置在一定間隔的測點上,一般為1m～10m 。然后用多芯電纜將其連接到程控式多路電極轉(zhuǎn)換開關(guān)上，電極轉(zhuǎn)換開關(guān)是一種由單片機控制的電極自動換接裝置，它可以根據(jù)需要自動進行電極裝置形式，極距及測點的轉(zhuǎn)換。測量信號用電極轉(zhuǎn)換開關(guān)關(guān)入微機工程電測儀，并將測量結(jié)果依次存入隨機存儲器。將數(shù)據(jù)回放送入微機，便可以按給定程序?qū)υ假Y料進行處理[4]。

2 斷裂帶電法探測的物理前提

在斷裂帶內(nèi)，斷層面及破碎的巖塊造成的空隙，使得斷裂帶與上、下盤圍巖通常存在電性差異,在電法勘探中表現(xiàn)為高阻異常或低阻異常。一般來說，如果斷裂帶區(qū)域內(nèi)有地表水或地下水，地表水會順著破碎的巖塊空隙下滲，地下水也容易在斷裂帶內(nèi)大量富集，這就會導致斷裂帶內(nèi)的視電阻率下降，明顯低于圍巖，出現(xiàn)低阻異常；如果斷裂帶區(qū)域內(nèi)不含水，斷裂和破碎的巖塊會大大降低巖石的導電性，使得其視電阻率明顯高于上、下圍巖，出現(xiàn)高阻異常。斷裂帶的這種電性特征為高密度電法勘探提供了良好的物理前提。

3 高密度電法在斷裂帶探測中的應用

3.1 測區(qū)地質(zhì)概況

探測區(qū)位于我國西南部龍門山斷裂前緣，總體地勢為西高東低，起點和終點高差約30m；測區(qū)上覆第四系為粉質(zhì)黏土、松散堆積物，下伏基巖為三疊系含泥頁巖、夾泥灰?guī)r、灰?guī)r，有炭質(zhì)層；測區(qū)構(gòu)造發(fā)育，地層較為破碎，在地震之后有明顯的上下錯動，是電法進行斷層探測的極佳區(qū)域。

3.2 野外探測及測線布置

根據(jù)本次探測目的和實際地質(zhì)概況，本著裝置簡單易操作、受周圍環(huán)境影響小的原則,另據(jù)現(xiàn)場情況和試驗結(jié)果, 野外測量采用溫納裝置：其中的A,B為供電電極,M,N為測量電極,四個電極依次滾動進行測量，測量斷面為倒梯形（如圖1所示）。

圖1 溫納裝置示意圖

此外，由于斷裂破碎帶走向大致為NE方向，測線布置一般按垂直其方向。本次實驗共布置兩條測線，測線長度為250～300m之間。對異常點及突變點，均進行重復觀測，以確保測量數(shù)據(jù)可靠。

3.3 高密度電法探測成果解釋分析和驗證

在對野外測量數(shù)據(jù)使用專業(yè)軟件進行處理后得到了兩條剖面的反演成果圖（圖2為剖面1的反演成果圖，圖3為剖面2的反演成果圖）。

圖2 剖面1的反演成果圖

圖3 剖面2的反演成果圖

以上兩圖的90～120m之間出現(xiàn)明顯低阻，而兩側(cè)為相對高阻。剖面1和剖面2出現(xiàn)低阻的位置都與已知地質(zhì)資料中地表發(fā)生斷層位移的位置對應良好，可推斷此處斷裂含水量較大，導致了斷層破碎帶內(nèi)高密度電法反演剖面出現(xiàn)了低阻異常。而正因為這兩條剖面都是沿著斷裂分布的垂直方向布線而成，兩條剖面中出現(xiàn)低阻的位置又對應良好，恰好能夠驗證上述推斷。

由圖中可以看出，淺部地層的電阻率明顯低于深部，而深部地層的電性連續(xù)性較好，這是因為地表是由粉質(zhì)黏土和松散堆積物等不連續(xù)的物質(zhì)組成，部分區(qū)段含水性不均勻；而深部連續(xù)的高阻層為基巖，主要由灰?guī)r和泥灰?guī)r組成。斷裂帶兩側(cè)的電阻率值也不相同，左側(cè)電阻明顯低于右側(cè)，這說明左側(cè)圍巖的含水性較右側(cè)的好。而由地質(zhì)資料可知，左側(cè)為斷層上盤，右側(cè)為下盤，由于本地區(qū)地層受到不均勻擠壓應力，斷層北西盤向上逆沖，導致其破碎程度大于下盤，含水較多，電阻較低，所以此次電法探測結(jié)果與已知地質(zhì)資料對應良好。

4 結(jié)語

本文通過具體的工程實例，應用高密度電法探測地下斷層，取得了良好的效果，并與已有的地質(zhì)、鉆孔資料相吻合。

進行高密度電法勘探之前一定要對測區(qū)的地形、地質(zhì)條件充分的掌握，以便選擇合理的測量裝置進行探測。

然而任何物探方法在實際應用中都會存在局限性。因此,在進行高密度電法探測時也應注意各探測方法的合理配合,如在本次探測時,還配合了淺層地震法進行了異常區(qū)的驗證工作。

參考文獻

[1]杜華光.高密度電法在工程地質(zhì)勘察中的應用[J].路基工程,2008，139(4)：110～112.

[2]張獻民.應用高密度電法探測煤田陷落柱[J].物探與化探,1994(5)：363～370.

[3]肖宏躍主編.地電學教程[M].地質(zhì)出版社,2008.9.

[4]劉海飛.高密度電阻率法數(shù)據(jù)處理方法研究[J].中南大學,2004.

[5]馬德錫,于愛軍.高密度電法在金礦勘查中的應用[J].地質(zhì)與勘探,2008,44(3)：65～69.

[6]秦 正.高密度電阻率法在工程勘察中的應用[J].物探裝備,2005,15(3)： 205～209.

[7]王興泰.高密度電法在煤礦采空區(qū)探測中的應用[J].能源技術(shù),2006,12(5)：011～013.

The Application of the High-density Electrical Method in Detecting the Underground Faults

CHI Yuelong1.2, ZHANG Ting1.2, WANG Xingjie1.2
( 1. School of Engineering Technology， Chengdu University of Technology， Leshan 614000；Key Lab Earth Exploration & Information Techniques of Ministry of Education, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059)

This paper introduces the working principle and method of the high-density electrical method, and applies the method to survey the underground faults of Longmenshan fault area. The survey results show that high-density electrical method is benef cial to detect the underground faults.

High-density electrical method; underground faults; Geodetic electrical detection

P631.1

A

1007-1903（2014）03-0044-03