綜合物探方法在構(gòu)造調(diào)查中的應(yīng)用

黃玉輝

（新疆水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院 新疆 昌吉 831100）

1 前言

構(gòu)造是巖石或巖層受了內(nèi)力或外力作用而產(chǎn)生的原始位態(tài)或面貌，如層理，粒序?qū)?、波痕等各種原生構(gòu)造，以及各種原始位態(tài)或面貌的改變，即變形與變位，如各種次生的褶皺、節(jié)理、斷層、韌性剪切帶、裂谷，俯沖帶、轉(zhuǎn)換斷層等。在工程物探中，圈定構(gòu)造帶和構(gòu)造破碎帶主是利用構(gòu)造帶和構(gòu)造破碎帶與正?；鶐r之間的彈性波差異、電性差異和電磁性差異等，使用重力法、磁法、大地電磁電法等物探方法在同一區(qū)域上測試，找出異常位置，通過對(duì)異常部分的分析來圈定構(gòu)造影響帶。

2 儀器工作原理

2.1 重力儀的工作原理

當(dāng)重力發(fā)生變化引起擺桿偏離水平位置時(shí)，指示絲隨之偏轉(zhuǎn)，通過一套光學(xué)系統(tǒng)即可發(fā)現(xiàn)指示絲形成的“亮線”在刻度片上偏離零線的位置。這時(shí)調(diào)節(jié)測量彈簧的長度，就可以使溫度補(bǔ)償桿繞測量扭絲作微小偏轉(zhuǎn)，從而改變了主彈簧的彈力矩，使擺桿又回到零點(diǎn)位置。彈簧長度的變化，可以通過連接在它上端的螺旋測微讀數(shù)器顯示出來，這種讀數(shù)方法稱為零點(diǎn)讀數(shù)法。兩次零點(diǎn)讀數(shù)的差值，就指出了重力的變化量。

2.2 磁力儀的工作原理

自然界的巖石和礦石具有不同磁性，可以產(chǎn)生各不相同的磁場，它使地球磁場在局部地區(qū)發(fā)生變化，出現(xiàn)地磁異常。磁力儀利用靜態(tài)激發(fā)質(zhì)子在地磁場內(nèi)的拉莫爾進(jìn)動(dòng)效應(yīng)測量磁場。

2.3 V8多功能電法儀的工作原理

V 8電法工作站具備時(shí)間域的常規(guī)電剖面、電測深、高密度電法、瞬變電磁測量功能；具備頻率域的M T(大地電磁法)、AMT(音頻大地電磁法)、CSAMT(可控源音頻大地電磁法)等功能。

音頻大地電磁法（AMT），是利用天然音頻大地電磁場作為場源（頻率范圍為5Hz～104Hz），屬于被動(dòng)源電磁法，觀測電場和磁場分量。主要解決地質(zhì)構(gòu)造等問題。該方法具有設(shè)備輕便、工作靈活、成本低廉的優(yōu)點(diǎn)。其最大的弱點(diǎn)是天然音頻電磁場的信號(hào)太弱，它只能在干擾小的情況下才能取得好的結(jié)果。

可控源音頻大地電磁簡稱CSAMT，是利用接地水平電偶源為信號(hào)源的一種頻率域電磁測深法，CSAMT采用了大功率的人工場源，具有信號(hào)穩(wěn)定、信噪比高、穿透能力強(qiáng)、探測深度大等特點(diǎn)。近幾年來CSAMT在研究確定隱伏構(gòu)造等方面得到了廣泛應(yīng)用。

3 工程實(shí)例

3.1 工程概況

某水利工程需要在地下深度500 m～800 m開挖引水隧洞，要求物探對(duì)洞線樁號(hào)段171+8000～174+8003進(jìn)行勘查，圈定構(gòu)造帶或構(gòu)造破碎帶。

3.2 試驗(yàn)工作

上述各項(xiàng)試驗(yàn)具體方法和要求均按《重力調(diào)查技術(shù)規(guī)定（1:50000）D Z 0004-1991》執(zhí)行。

3.2 測試成果分析

3.2.1 重力

首先工作前按《重力調(diào)查技術(shù)規(guī)定（1:50000）D Z0004-1991》中的要求進(jìn)行了試驗(yàn)工作，試驗(yàn)結(jié)果見圖1、圖2。

儀器零點(diǎn)漂移曲線符合規(guī)范要求。

圖1 靜態(tài)試驗(yàn)測定

圖2 動(dòng)態(tài)試驗(yàn)測定

圖3 局部重力異常圖

圖4 局部Δg異常垂向一階導(dǎo)數(shù)圖

圖5 磁法剖面圖

圖6 AMT視電阻率剖面平面圖

對(duì)局部重力異常進(jìn)行分析，如圖3所示。

分析3km的局部重力異常剖面，從171+800點(diǎn)至172+580點(diǎn)之間，異常值逐步減小，推測172+320點(diǎn)到172+580點(diǎn)之間有斷裂分層，但具體分層界限不明；172+580～174+500段異常值由小到大，再到小，其中173+200點(diǎn)到173+760點(diǎn)處出現(xiàn)V字型缺口，異常差值達(dá)0.5mgal以上。很明顯該處有質(zhì)量虧損，即存在斷裂破碎帶，只能看出大致位置，具體界限不明；174+500～174+800段異常值逐漸減小，呈南高北低的趨勢，推測可能有分層，參考南部曲線形態(tài)，以-0.5mgal為橫軸與曲線相交，可能分層位置在174+560點(diǎn)附近，具體位置需進(jìn)一步分析。

因?yàn)榫植恐亓Ξ惓o法看出具體分層界限，對(duì)局部重力異常進(jìn)行垂向一階導(dǎo)數(shù)處理。重力垂向一階導(dǎo)數(shù)在放大高頻成分的同時(shí)，又能壓制低頻成分，因此垂向?qū)?shù)既突出局部異常又壓制區(qū)域異常，還能區(qū)分相鄰異常，減小其相互疊加的影響。從理論上講，剖面圖上垂直一階導(dǎo)數(shù)的零值點(diǎn)，在平面圖上是零值點(diǎn)連線，可以確定地質(zhì)性密度變化的邊界位置，如斷層、不同密度構(gòu)造分界線等，如圖2所示。

斷裂破碎帶界限為173+160點(diǎn)到173+360點(diǎn)之間。

3.2.2 磁法

首先，工作前按《地面高精度磁測技術(shù)規(guī)程D Z/T0071-93》中的要求進(jìn)行了試驗(yàn)工作儀器噪聲試驗(yàn)測定：

表1 噪聲試驗(yàn)結(jié)果表

儀器一致性測定：

表2 儀器一致性計(jì)算結(jié)果表

分析3km長磁法剖面（見圖5），主要分為三個(gè)異常區(qū)，即171+800～172+700磁場高值區(qū)。

磁場值在57670nT～57860nT之間，磁場不穩(wěn)定，磁場值變化較劇烈。該區(qū)域磁場值較大，極大值在172+120點(diǎn)處，緊接著在172+280點(diǎn)處伴生極小值負(fù)異常，推測該處地層與中部地層不一致，在172+280點(diǎn)處有明顯分層界限，可能為斷裂分層導(dǎo)致，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)圖來判斷，推測其為火山巖地層。

在測線中部172+300～174+300，大部分為背景場，磁場穩(wěn)定，只在173+000點(diǎn)到173+240點(diǎn)和173+720點(diǎn)到173+800點(diǎn)之間有兩處正異常。173+0點(diǎn)到173+240點(diǎn)之間的異常較大，異常較寬，變化較大，推測為斷裂破碎帶引起；173+720～173+800點(diǎn)之間的異常寬度較小，推測為表淺部含鐵磁性物質(zhì)。

在測線174+300～174+800處磁場變化較為劇烈，但幅度相對(duì)南部高值區(qū)較小，在57660nT～57780nT之間變動(dòng)，在174+560點(diǎn)附近出現(xiàn)極小值，推測該處也存在斷裂分層，但結(jié)合中部和北部曲線來看，有可能為同一地層，而在此處被斷裂分開了，故推測該處也為沉積巖地層。

結(jié)合重力分析，重力推測出來的斷裂分層界限相對(duì)于磁法有偏移，因?yàn)橄鄬?duì)來說，磁法是淺部異常的反映，重力是深部異常的反映，故兩者相互對(duì)應(yīng)，互相印證，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)圖，南部為火山巖地層，在172+360點(diǎn)處分層，中部為沉積巖地層，其中173+160點(diǎn)到173+360點(diǎn)之間為斷裂破碎帶，北部在174+200點(diǎn)處分層，但很可能與中部是同一沉積巖地層。

圖7 CSA MT視電阻率剖面平面圖

3.2.3 AMT和CSAMT

在AMT視電阻率剖面平面圖（如圖6）中可以看到，從點(diǎn)172+840至點(diǎn)173+320地表至地下200m左右均為中低電阻率(≤70Ω·m)，自1280點(diǎn)向下部延伸均為低電阻率(約70Ω·m左右)，且隨著深度的增加范圍增大，而在1280點(diǎn)兩側(cè)的測點(diǎn)深部均為中高電阻率(≥100Ω·m)，且電阻率值接近。

在CSAMT視電阻率剖面平面圖中（如圖7）同樣可以看出，從點(diǎn)172+880到點(diǎn)173+360地表至地下200m左右均為低電阻率(≤160Ω·m)，自點(diǎn)173+200到點(diǎn)173+280向下延伸為中等電阻率(約100Ω·m～400Ω·m)，而在該范圍兩側(cè)的測點(diǎn)向深部延伸均為中高電阻率(≥400Ω·m)，兩側(cè)電阻率值接近，這與AMT方法中電阻率分布情況相同。

根據(jù)收集到的地質(zhì)資料來看，初步推測淺部低電阻率區(qū)域?yàn)槠扑閹?，剖面中部?73+200點(diǎn)到173+280點(diǎn)處為斷層，斷層兩邊的高電阻率區(qū)域?yàn)橥惶椎貙?。根?jù)CSAMT中的中等電阻率分布狀況來看，該斷層為向北陡傾。

3.3 結(jié)論

測區(qū)應(yīng)用重力、磁法、電磁法勘探均可以直接圈定較大的斷裂構(gòu)造。其中重力、磁法勘探能夠快速的了解測線方向上的巖性分布情況，尤其是在巖性接觸帶上和斷裂破碎帶上有良好的顯示。電磁法勘探（AMT、CSAMT）主要探測縱向電阻率參數(shù)，能夠清晰的反映出地下特定深度上電阻率分布情況，進(jìn)而得到斷裂延伸方向，以及破碎帶是否含水等信息。

4 結(jié)語

綜合物探剖面勘查尋找斷裂構(gòu)造是準(zhǔn)確有效的方法。通過高精度地面磁法、重力勘查獲取地球物理信息，進(jìn)行巖性劃分，圈定斷裂破碎帶分布范圍。通過電磁法勘查，查明深部巖體電性參數(shù)分布規(guī)律，定量解釋地下一定深度內(nèi)的巖石含水狀況。重磁方法與電磁方法的結(jié)合，在本區(qū)綜合物探勘查中取得了較好的地質(zhì)效果。

[1]SL326—2005，水利水電物探規(guī)程，《重力調(diào)查技術(shù)規(guī)定（1∶50000）DZ 0004-1991》，《地面高精度磁測技術(shù)規(guī)程DZ/T 0071-93》。