綜合物探方法在福州長樂地區(qū)地殼穩(wěn)定性評價中的應(yīng)用

吳方杰

(福建省地質(zhì)調(diào)查研究院,福州,350013)

區(qū)域地殼穩(wěn)定性評價是隨著我國大型工程和規(guī)模經(jīng)濟(jì)規(guī)劃建設(shè)的區(qū)域地質(zhì)條件和地質(zhì)環(huán)境論證而逐漸發(fā)展起來的具有中國特色的工程地質(zhì)的分支學(xué)科(領(lǐng)域)[1]。主要應(yīng)用在重大工程場地選址、國土資源規(guī)劃、減災(zāi)防災(zāi)等地質(zhì)工作中，區(qū)域地殼穩(wěn)定性評價工作已經(jīng)成為一項(xiàng)基礎(chǔ)性、綜合性、區(qū)域性的地質(zhì)工作*福建省地質(zhì)調(diào)查研究院，福州城市區(qū)域地殼穩(wěn)定性調(diào)查評價成果報告，2014。。

查明隱伏構(gòu)造空間位置是地殼穩(wěn)定性評價的重要內(nèi)容。在近地表隱伏構(gòu)造探測中，高精度磁測、淺層地震勘探、高密度電法等方法已被證實(shí)在探測隱伏斷裂構(gòu)造是有效的[2]。

福州市長樂地區(qū)斷裂性質(zhì)不明，在1∶5萬福州市幅、琯頭鎮(zhèn)幅、馬尾鎮(zhèn)幅、長樂縣幅水文地質(zhì)工程地質(zhì)調(diào)查中提出該斷裂為長樂—詔安深斷裂的次級斷層，且有可能為活動性斷層*福建省第二水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊(duì)，1∶5萬福州市幅、琯頭鎮(zhèn)幅、馬尾鎮(zhèn)幅、長樂縣幅區(qū)域水文地質(zhì)工程地質(zhì)調(diào)查報告，1989。收稿日期：2014-10-20作者簡介：吳方杰(1986-)，男，物探工程師，勘查技術(shù)與工程專業(yè)。。針對該斷裂的存在性及空間分布特征，該項(xiàng)目在地表基巖地質(zhì)調(diào)查的基礎(chǔ)上，對該斷層隱伏于第四紀(jì)地層的部分采用高精度磁測、高密度電法、可控源音頻大地電磁測深(CSAMT)法、淺層地震反射法等綜合物探方法對其進(jìn)行判別，多種方法互相配合、異常相互佐證，查明了區(qū)內(nèi)隱伏斷裂構(gòu)造基本情況，取得了較滿意的效果。

1 地質(zhì)概況

1.1 地層

圖1 福州市長樂地區(qū)地質(zhì)及物探推斷圖Fig.1 Geology and the inferred results figure of geophysical prospecting in the area of Changle county-level city, Fuzhou city1—第四紀(jì)全新世風(fēng)積層；2—第四紀(jì)全新世沖洪積層；3—第四紀(jì)全新世海積層；4—第四紀(jì)晚更新世沖洪積層；5—第四紀(jì)更新世殘積層；6—晚侏羅世南園組第三段；7—晚侏羅世南園組第二段；8—早白堊世正長花崗巖；9—早白堊世淺灰、灰色細(xì)粒石英閃長巖；10—基性巖脈；11—輝綠玢巖；12—斷層；13—地質(zhì)推測斷層位置及編號；14—正斷層；15—物探剖面位置及編號；16—物探推斷構(gòu)造位置及編號

區(qū)內(nèi)出露地層較簡單(圖1)，主要為晚侏羅世南園組及第四紀(jì)地層，其中南園組為一套中酸性-酸性火山巖，區(qū)內(nèi)出露有南園組第二段、第三段；第四紀(jì)地層從老到新分為更新世(未分)殘坡積、更新世龍海組、中-晚全新世長樂組。

1.2 侵入巖

區(qū)內(nèi)侵入巖主要有早白堊世正長花崗巖和淺灰、灰色細(xì)粒石英閃長巖，多呈巖株、巖基產(chǎn)出，出露面積較大。

1.3 構(gòu)造

區(qū)內(nèi)以隱伏斷裂為主，主要為北北東向。通過地表調(diào)查，在128線300點(diǎn)附近人工開挖剖面見斷裂構(gòu)造F1發(fā)育在晚侏羅世火山凝灰?guī)r中，發(fā)育有一系列平行傾滑斷層面及次級的節(jié)理構(gòu)造，斷裂走向?yàn)?5°～30°，傾向南東120°，傾角45°～60°，斷裂帶寬度30～40 m。斷層面上發(fā)育明顯的擦痕、階步，并見硅質(zhì)、黃鐵礦薄膜，次級節(jié)理與斷層面的夾角呈銳夾角，經(jīng)判斷為左旋兼正斷層性質(zhì)。地表發(fā)育有厚4～6 m的更新世磚紅色殘積砂質(zhì)粘性土，未被斷層擾動*福建省地質(zhì)調(diào)查研究院，福州城市區(qū)域地殼穩(wěn)定性調(diào)查評價成果報告，2014。，初步推斷該斷裂應(yīng)為前第四紀(jì)或第四紀(jì)早期斷裂。

2 地球物理特征

2.1 磁性特征

區(qū)內(nèi)破碎、風(fēng)化晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r磁化率明顯比完整、新鮮的基巖低，表現(xiàn)為弱磁或無磁的特征(表1)。完整、新鮮基巖經(jīng)構(gòu)造破碎后，其磁性會相應(yīng)減弱，因此該區(qū)具備開展磁法工作的地球物理前提。

表1 巖石磁性參數(shù)統(tǒng)計(jì)

2.2 電性特征

區(qū)內(nèi)南園組晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r電阻率表現(xiàn)為中-高阻，破碎、風(fēng)化的晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r其電阻率明顯降低，呈相對低阻特征(表2)。由此可見破碎帶及風(fēng)化程度較強(qiáng)的巖石具良好的導(dǎo)電性，電阻率值低一個數(shù)量級，該區(qū)具備開展電法測量工作的地球物理前提。

2.3 波阻抗參數(shù)

在地震學(xué)中把密度和波速的乘積叫做波阻抗(Z)，區(qū)內(nèi)各巖土層介質(zhì)之間存在波阻抗變化[3,4](表3)，因此，該區(qū)具有開展淺層地震反射工作的地球物理前提。

2.4 物探異常特征

該區(qū)斷裂構(gòu)造在物探綜合異常中的具體表現(xiàn)為高精度磁測(△T)正負(fù)伴生異常帶；高密度電法反演斷面中電性不連續(xù)，存在中低阻異常區(qū)；可控源音頻大地電磁測深反演斷面中電性不連續(xù)，存在中低阻異常區(qū)。淺層地震反射法時間剖面上同相軸平穩(wěn)、連續(xù)，表明反射界面較完整，下伏斷裂構(gòu)造未錯動至反射界面；若同相軸發(fā)生錯動，則表明存在構(gòu)造跡象，構(gòu)造經(jīng)過同相軸錯動部位。

表2 巖石電性參數(shù)統(tǒng)計(jì)

表3 部分巖土介質(zhì)的波阻抗參數(shù)

3 技術(shù)參數(shù)

3.1 高精度磁測

高精度磁測使用GSM-19T V6.0質(zhì)子磁力儀，探頭高度選用1.8 m。觀測磁場總量，經(jīng)基點(diǎn)、日變、高度改正后計(jì)算各觀測點(diǎn)磁異常(△T)。觀測點(diǎn)距為10 m。

3.2 高密度電法

高密度電法工作選用WDJD-3高密度電法儀，采用溫納裝置，單排列電極數(shù)60根，電極距為5 m。

3.3 CSAMT法

CSAMT測量選用GDP-32Ⅱ電法儀系統(tǒng)，采用扇形裝置進(jìn)行標(biāo)量觀測，收發(fā)距(r)為6 000 m，發(fā)射偶極距AB為1 000 m，測量偶極距MN為40 m，每個排列均采用5個電分量電極和1個磁分量電極的4個物理點(diǎn)方式測量。

3.4 淺層地震

淺層地震工作選用WZG-24A工程地震儀。經(jīng)現(xiàn)場試驗(yàn)選擇橫波反射法，采用地表挖坑、橫向重錘錘擊激發(fā)，28Hz水平橫波檢波器接收。觀測系統(tǒng)為單邊激發(fā)，道距2 m，24道接收，最小偏移距4 m，每次錘擊后移動4道，3次覆蓋。

4 應(yīng)用效果分析

4.1 122線物探綜合剖面圖分析

通過對122線物探綜合剖面圖(圖2)分析可知。

圖2 122線物探綜合剖面圖Fig.2 No.122 line of geophysical composite profile1—推斷強(qiáng)風(fēng)化花崗巖頂界面；2—推斷中風(fēng)化花崗巖頂界面；3—物探推斷斷層及編號

(1)高精度磁測△T異常曲線圖較直觀地反映出了286點(diǎn)和327點(diǎn)附近各有一正負(fù)伴生異常，表明此2處有斷裂構(gòu)造存在的可能性。

(2)高密度電法二維反演圖顯示，286點(diǎn)和327點(diǎn)在地表往下10～40 m深度段電阻率曲線連續(xù)性較好，高低阻界面基本完整，當(dāng)埋深大于40 m時，此2處各存在一條低阻異常帶，推測可能為隱伏斷裂構(gòu)造的上部反映。

(3)可控源單頻大地電磁測深二維反演斷面進(jìn)一步表明，286點(diǎn)附近存在斷裂構(gòu)造F1。推斷最大延伸約為200 m，總體往南東傾，傾角約55°。與128線300點(diǎn)地表揭露的斷裂構(gòu)造F1產(chǎn)狀基本一致；327點(diǎn)附近存在F2斷裂構(gòu)造，最大延伸約300 m，總體傾向南東，傾角約80°。

(4)地震反射時間剖面圖中T0、T1界面反射回聲時間變化為50～200 ms，換算出反射界面深為4～14 m，T0、T1波組形態(tài)總體上較平穩(wěn)、連續(xù)，表明F1和F22條斷裂構(gòu)造均未錯動至第四紀(jì)蓋層。

通過多種物探方法相互配合、異?；ハ嘧糇C，較完整地解譯出了該剖面的隱伏斷裂構(gòu)造情況，判斷其為前第四紀(jì)或第四紀(jì)早期斷裂。

4.2 135線物探綜合剖面圖分析

通過135線物探綜合剖面圖(圖3)分析可知。

圖3 135線物探綜合剖面圖Fig.3 No.135 line of geophysical composite profile1—地形線；2—推斷中風(fēng)化花崗巖頂界面；3—物探推斷斷層及編號

(1)高精度磁測△T異常曲線圖較直觀地反映出了330點(diǎn)和400點(diǎn)附近各有一幅值較大的正負(fù)伴生異常，表明此2處有斷裂構(gòu)造存在的可能性。

(2)高密度電法二維反演圖顯示，330點(diǎn)和400點(diǎn)附近從地表往下約40 m內(nèi)高低阻界面基本完整，表明此深度段內(nèi)存在斷裂構(gòu)造可能性不大。

(3)可控源音頻大地電磁測深二維反演斷面進(jìn)一步表明，330點(diǎn)附近存在F1斷裂構(gòu)造，為122線F1斷裂構(gòu)造的北東向延伸，埋深較大，最大延伸約450 m，總體傾向南東，傾角約為70°；400點(diǎn)附近存在F2斷裂構(gòu)造，為122線F2斷裂構(gòu)造的北向延伸，埋深也較大，最大延伸在450 m左右，產(chǎn)狀近直立。

5 結(jié)語

(1)在工程勘察前，應(yīng)綜合考慮不同的地質(zhì)背景及勘察要求等因素，在不同地段選擇適合的物探方法開展工作，可達(dá)到滿意效果。

(2)利用高精度磁測法判別斷裂構(gòu)造存在性最為直觀，但對構(gòu)造產(chǎn)狀的反映不夠細(xì)致；高密度電法分辨力強(qiáng)，在尋找隱伏構(gòu)造方面是一種有效的輔助勘查手段，但其探測深度受裝置參數(shù)等影響較大；CSAMT探測深度雖較大，由于本身的物理特性導(dǎo)致靜態(tài)效應(yīng)、靜場效應(yīng)等影響甚大，反演時難以細(xì)致地反映地下地質(zhì)體信息；淺層地震探測精度高，但地形起伏和環(huán)境噪聲會給資料采集帶來干擾。

(3)物探方法各有優(yōu)勢，也都存在不足之處。在工程勘察中，要根據(jù)勘探對象及目的，選擇合適的物探方法，任何單一一種物探方法均受到多種因素的制約。如果使用單一物探方法對于判斷異常源、異常形態(tài)和空間展布上具有一定局限性。采用多種物探方法進(jìn)行勘探，綜合分析解釋，相輔相成，同時還應(yīng)結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料及鉆探勘查資料。這對于尋找隱伏斷裂構(gòu)造，評價區(qū)域地殼穩(wěn)定性能起到更好的應(yīng)用效果。

該文是筆者從事福州城市區(qū)域地殼穩(wěn)定性評價專題物探勘查的成果，在成文過程中承蒙余根鋅高級工程師悉心指導(dǎo)，在此深表謝意！

1 吳樹人，韓金良，石菊松，等.區(qū)域地殼穩(wěn)定性研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢．工程地質(zhì)學(xué)報，2004.

2 杜良，葛寶，朱麗麗，等.綜合物探技術(shù)在隱伏斷層探測中的研究與應(yīng)用．工程勘察，2012，(1).

3 陸基孟.地震勘探原理．山東：中國石油大學(xué)出版社，2006.

4 熊章強(qiáng)，方根顯.淺層地震勘探．北京：地震出版社，2002.