物探方法在隱伏構(gòu)造探測中的應(yīng)用

劉 凱，朱冠宇，韓 飛，楊嘉明

（中水東北勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司，吉林 長春 130062）

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物探方法在隱伏構(gòu)造探測中的應(yīng)用

劉 凱，朱冠宇，韓 飛，楊嘉明

（中水東北勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司，吉林 長春 130062）

［摘 要］隱伏構(gòu)造作為一種典型的不良地質(zhì)現(xiàn)象，在工程建設(shè)中的危害越來越明顯。尤其隱伏構(gòu)造埋藏較深，規(guī)模難以確定，為地質(zhì)工作和工程設(shè)計帶來了很大困擾。文中結(jié)合遼寧某抽水蓄能工程中高密度電法和EH4-電磁成像系統(tǒng)的綜合運用，通過實例結(jié)果,說明了綜合物探方法在隱伏構(gòu)造的探測中是一種行之有效的方法。

［關(guān)鍵詞］綜合物探；隱伏構(gòu)造；電阻率

0　引言

近年來，隨著水利水電工程的快速發(fā)展，工程地質(zhì)勘測的難度越來越大，深度越來越深，特別是對高山地區(qū)深埋的斷層構(gòu)造、大型滑坡體、巖溶等一系列不良地質(zhì)構(gòu)造的探測，常規(guī)的電法、地震勘探方法受地形限制、勘測深度有限等不利因素影響，已不能單獨的解決某一復(fù)雜問題。綜合物探方法應(yīng)運而生，多數(shù)復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造都需要多種物探方法共同實施，才能取得滿意的結(jié)果。這次遼寧某抽水蓄能電站就遇到了深埋的隱伏斷裂，單獨的高密度電法已不能有效的解決問題，采用了高密度電法并結(jié)合EH4-電磁成像系統(tǒng)共同對地下隱伏構(gòu)造的規(guī)模和深度進(jìn)行探測，并取得了滿意的結(jié)果。

1　方法原理

1.1 EH4-電磁成像系統(tǒng)原理及工作方法

1.1.1 EH4-電磁成像系統(tǒng)原理簡介

EH4-電磁成像系統(tǒng)是采用美國EMI公司和Geometrics公司聯(lián)合推出的新一代電磁儀，屬于可控源與天然源相結(jié)合的一種大地電磁測深系統(tǒng)。深部構(gòu)造通過天然背景場源成像（MT），其頻率為10～100 HZ。淺部構(gòu)造則通過一個新型的便攜式低功率發(fā)射器發(fā)射1～100 kHZ人工電磁訊號，補(bǔ)償天然訊號的不足，從而獲得高分辨率的成像。EH4-電磁成像系統(tǒng)能觀測到距地表幾十米至1 000 m內(nèi)的地質(zhì)斷面的電性變化信息，基于對斷面電性信息的分析研究，可以應(yīng)用于地下水研究、環(huán)境監(jiān)測、礦產(chǎn)與地?zé)峥辈欤约肮こ痰刭|(zhì)調(diào)查等。

StrataGem電磁系統(tǒng)野外工作通常采用天然場源，在天然場信號很弱或者根本沒有信號的頻點上，才使用人工場源，用以改進(jìn)數(shù)據(jù)質(zhì)量，提高數(shù)據(jù)信噪比，這次探測采用了人工場源，以提高野外數(shù)據(jù)質(zhì)量。StrataGem電磁系統(tǒng)可以在10 Hz至92 KHz的寬頻范圍內(nèi)采集數(shù)據(jù)，為確保數(shù)據(jù)質(zhì)量與工作實效，上述頻帶又分成三個頻組：

一頻組：10 Hz－1 KHz

二頻組：500 Hz－3 KHz

三頻組：750 Hz－92 KHz

1.1.2 EH-4電磁成像系統(tǒng)工作方法

1）平行試驗。在開展工作的前一天做平行試驗，檢測儀器是否工作正常。兩個磁棒相隔5m遠(yuǎn)，平行放在地面，兩個電偶極子也平行。觀測電場、磁場通道的時間序列信號。分別為低頻和高頻段磁場、電場信號波形見圖1，從圖1中可以看出，兩個方向通道的波形形態(tài)、強(qiáng)度基本一致，說明儀器設(shè)備工作正常。

2）電極的布置技術(shù)。如圖1所示，使用四個電極，每兩個電極組成一個電偶極子，為了便于對比監(jiān)視電場信號，其長度都為25 m，與測線方向一致的電偶極子叫做X-Dipole；與測線方向垂直的電偶極子叫做Y-Dipole。為了保證Y-Dipole電偶極子的方向與X-Dipole的相互垂直，要用羅盤儀定向，誤差；電偶極子的長度用測繩測量，誤差米。這次設(shè)計電極距25 m，實測過程中，根據(jù)實際情況（地形、障礙物等因素）適當(dāng)改變極距大小。

3）磁棒布置技術(shù)。磁棒離前置放大器大于5米，為了消除人文因素干擾兩個磁棒要埋在地下，保證其平穩(wěn)，用羅盤儀定向使HX，HY兩磁棒相互垂直，誤差控制在，且水平。所有的工作人員離開磁棒至少5 m，盡量選擇遠(yuǎn)離房屋、電纜、大樹的地方布置磁棒。

4）AFE(前置放大器)布置技術(shù)。電、磁道前置放大器放在測量點上，即兩個電偶極子的中心，為了保護(hù)電、磁道前置放大器應(yīng)首先接地。

5）主機(jī)布置技術(shù)。主機(jī)要放置在遠(yuǎn)離AFE(前置放大器)至少10 m的一個平臺上，而且操作員最好能看到AFE和磁棒的布置。

EH-4電磁成像系統(tǒng)具有如下優(yōu)點：

①使用可控制的人工場源，測量參數(shù)為電場與磁場之比—卡尼亞電阻率，增強(qiáng)了抗干擾能力，并減少地形影響；②探測深度范圍大，一般可達(dá)1～2 km；③橫向分辨率高，很容易發(fā)現(xiàn)斷層；④高阻屏蔽作用小，可以穿透高阻層。

1.2高密度電法原理及工作方法

1.2.1高密度電法原理

高密度電法實際上是集中了電剖面法和電測深法，是建立在地殼中各種巖礦石具有各種導(dǎo)電性差異的基礎(chǔ)上，通過觀測和研究與這些差異有關(guān)的天然電場或人工電場的分布規(guī)律，從而達(dá)到查明地下構(gòu)造的目的。其原理與普通電阻率法相同，所不同的是在觀測中設(shè)置高密度觀測點，是一種陣列勘探方法。

1.2.2高密度電法工作方法

高密度電法野外測量時將全部電極(幾十至上百根)置于剖面上，利用程控電極轉(zhuǎn)換開關(guān)和微機(jī)工程電測儀便可實現(xiàn)剖面中不同電極距、不同電極排列方式的數(shù)據(jù)快速自動采集。與常規(guī)電阻率法相比，高密度電法具以下優(yōu)點：

1）電極布置一次性完成，不僅減少了因電極設(shè)置引起的故障和干擾，并且提高了效率。

2）能夠選用多種電極排列方式進(jìn)行測量，可以獲得豐富的有關(guān)地電斷面信息。

3）野外數(shù)據(jù)采集實現(xiàn)了自動化和半自動化，提高了數(shù)據(jù)采集速度，避免了手工誤操作。

2　工程概況

2.1地形地質(zhì)簡況

遼寧某抽水蓄能電站位于遼寧省葫蘆島市境內(nèi)。區(qū)內(nèi)地勢總體為西北高，東南低，主要為松嶺山脈延續(xù)分布的丘陵地帶，一般山頂高程多大于400 m，相對高差200～300 m，山體基巖大部裸露，植被較發(fā)育，溝谷多較開闊。地形相對平緩，以低山地貌單元為主。

工程區(qū)所處大地構(gòu)造屬于陰山東西向復(fù)雜構(gòu)造帶和新華夏系第三隆起帶的交匯部位。區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，斷裂構(gòu)造比較發(fā)育。巖性主要為燕山早期侵入的二長花崗巖，灰白色，庫內(nèi)基巖大多裸露，呈弱化狀態(tài)，覆蓋層零星分布，庫區(qū)無地表徑流，地下水主要為基巖裂隙水和第四系松散堆積層孔隙水。

2.2物性參數(shù)

實測這次物性特征：高密度：覆蓋層視電阻率在30～150 Ωm；花崗巖視電阻率1 000～6 000 Ωm；大地電磁測深測得花崗巖卡尼亞視電阻率為4 000 ～15 000 Ωm。

2.3任務(wù)目的

鉆孔ZK05鉆進(jìn)過程中，巖芯自40 m以下，出現(xiàn)四段巖芯為泥、砂狀夾少量碎塊巖，判斷為斷層影響，厚度大于20 m，鉆至60 m未見好轉(zhuǎn)，推測斷層傾角較陡，繼續(xù)鉆進(jìn)很難打穿，而且由于巖石比較破碎，鉆進(jìn)很困難，希望通過物探方法查明該斷層的發(fā)育規(guī)模。

后經(jīng)過地質(zhì)專業(yè)詳細(xì)勘察，卻未發(fā)現(xiàn)該斷層露頭，確定為隱伏斷層。

2.4工作方法及布置

這次工作選用高密度電法和EH4-電磁成像系統(tǒng)方法的綜合物探方法。

根據(jù)要求布置了WT-1高密度剖面，在小號端外延100 m，大號端適當(dāng)外延，以保障勘測深度；在同一位置布置WT-1’EH4電磁成像剖面。

3　成果分析

3．1高密度電法成果分析

經(jīng)高密度電法探測可知，覆蓋層粘土夾碎石視電阻率為10～100 m，花崗巖全風(fēng)化電阻率為200～ 600 m，花崗巖新鮮基巖視電阻率為700～6 000 m。

EH4電磁成像系統(tǒng)成果分析。經(jīng)大地電磁測量，花崗巖的有效視電阻率為500～15 000 m，新鮮基巖視電阻率為4 000-15 000 m。

通過視電阻率色階圖推斷，距物探剖面起點85～230 m處低阻帶視電阻率1 500～4 000 m，推測為斷層破碎帶F1的反應(yīng)，視寬度145 m，深度最大處距地表達(dá)340 m。

但是，由于花崗巖電阻率較高，淺層盲區(qū)較大，淺層80 m以內(nèi)基本無有效數(shù)據(jù)。

4　成果結(jié)論

綜合高密度電法成果與EH4-電磁成像系統(tǒng)成果，斷層破碎帶F1深度范圍40～340 m，視寬度75～145 m。達(dá)到了確定斷層規(guī)模的目的。

5　結(jié)語

此次工程中斷層屬于比較典型的隱伏構(gòu)造類型，淺層巖石完好，而只出現(xiàn)在深部的較大規(guī)模構(gòu)造。單一方法由于地形和方法的限制，已經(jīng)不能完全追蹤和確定此種構(gòu)造的規(guī)模和產(chǎn)狀，所以，兩種甚至多種物探方法的綜合運用是一種有效的嘗試且在未來的生產(chǎn)中將扮演越來越重要的角色。

［參考文獻(xiàn)］

［1］劉國興主編.電法勘探原理與方法［M］.北京：地質(zhì)出版社，2003.

［2］曾憲強(qiáng)，毋光榮，郭玉松主編.水利水電工程物探技術(shù)［M］.鄭州：黃河水利出版社，2003.

［中圖分類號］TV221.2

［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］B

［文章編號］1002－0624（2016）05－0052－02

[收稿日期]2016-01-21