采用綜合物探手段探索莫合臺地區(qū)隱伏構造

欒志剛，周金玲，李 宏

(新疆兵團勘測設計院(集團)有限責任公司工程勘察院，新疆 烏魯木齊 830002)

莫合臺鎮(zhèn)位于準噶爾盆地西北與塔城額敏盆地交界的烏日克下亦山東段南麓，白楊河與布爾闊臺河兩沖洪積扇交匯區(qū)，交匯底部呈三角洼地，陡坎有線狀地下水溢出，形成沼澤濕地；洼地兩側扇坡地勢平緩開闊，戈壁礫漠覆蓋，荒漠植被稀疏，現(xiàn)鎮(zhèn)區(qū)周圍戈壁荒漠區(qū)已改造種植了幾萬畝防風固沙生態(tài)沙棘林，對當?shù)丨h(huán)境改善、脫貧、可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造了良好的條件。但由于區(qū)內(nèi)年降水量不足100 mm，且無地表引水，其沙棘生長全部取自當?shù)氐叵滤?jù)了解當?shù)噩F(xiàn)有取水井近百眼，其中約30%機井抽取的地下水中富含有益微量元素—鍶，部分樣品鍶含量≥0.40 mg/L，最高可達3.63 mg/L。為探究該區(qū)地下水中鍶的來源及分布特征，查清區(qū)內(nèi)控水構造條件，結合多種物探手段，綜合分析研究，取得了對該區(qū)隱伏構造的認識，對分析研究洼地區(qū)儲水構造體系與地下水補徑排關系，探究富鍶水中鍶的來源及空間分布具有指導意義。

本次研究采用地球物理測井、高密度電阻率法及電阻率測深法相互結合，基本查明北部基巖山區(qū)主要巖體基巖在完整和非完整狀態(tài)下的電性參數(shù)特征，判斷北部基巖山區(qū)北東向和北西向斷層向洼地區(qū)的延伸情況。通過電測深及鉆探測井驗證等手段，基本查清研究區(qū)內(nèi)基底起伏變化及儲水構造的分布特征。

1 區(qū)域地質概況

根據(jù)區(qū)域地質普查資料，區(qū)域內(nèi)地層從老到新發(fā)育有古生界泥盆系、石炭系，缺失二疊系；中生界可見侏羅系，零星可見三疊系，缺失白堊系；新生界缺失古近系，零星可見新近系，廣泛發(fā)育第四系，其中第四系多發(fā)育在盆地和谷地中，前第四系主要分布在山區(qū)，以侵入巖和火山碎屑巖為主。

工作區(qū)處于準噶爾弧形構造的西翼與塔爾巴哈臺山區(qū)域東西向構造的斜接復合部位，烏日可下亦山地層多呈北東向展布，主要受準噶爾盆地板塊西緣華力西期晚期北東向深大斷裂帶控制。

工作區(qū)北部基巖山區(qū)主要發(fā)育有北西向莫湖臺東斷層(F1)和北東向莫湖臺斷層(F2)兩條較大斷裂, 見圖1，推測該兩條斷裂在莫合臺洼地區(qū)交匯, 構成X型斷層組合，控制著莫合臺洼地地質和水文格局，對地下水水量和水質變化均有較大影響。

圖1 工作區(qū)主要斷裂分布圖

2 工作部署及解釋方法

2.1 工作部署

為了解工作區(qū)北部山區(qū)及山前基巖淺埋區(qū)的斷層發(fā)育及延伸情況，先后布置了4條高密度電阻率剖面和6條電測深剖面，編號為G1、G2、G3、G4 和D1、D2、D3、D4、D5、D6；為了解洼地區(qū)電性層結構及覆蓋層的總體變化規(guī)律，在東部沙棘林地現(xiàn)有井旁布置了3條高密度電阻率剖面及58個電測深散點；在2個勘探性鉆孔中開展綜合水文測井，測取電阻率電位、自然電位和自然伽瑪3條曲線，物探工作布置詳見圖2。

圖2 物探工作布置圖

本次使用的測量儀器，地球物理測井選用中裝集團重慶地質儀器廠生產(chǎn)的JGS-1B 型綜合數(shù)字測井系統(tǒng)，由筆記本電腦、測井主機、絞車和系列探管組成，測取電阻率電位、自然電位、自然伽瑪三條曲線，各曲線均在儀器自動控制下連續(xù)測量。

高密度電阻率法采用中裝集團重慶地質儀器廠生產(chǎn)的DUK-2A 型高密度電法測量系統(tǒng)，由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和電極轉換系統(tǒng)兩部分組成，本次高密度電法勘探采用溫納裝置，電極數(shù)60 個, 電極間距5 m，排列長度300 m，有效探測深度小于80 m，每個排列記錄點數(shù)552個。

野外數(shù)據(jù)采集之前，嚴格進行電極接地電阻檢查，保證每一根電極接地良好，所有測點的數(shù)據(jù)均穩(wěn)定變化，測量電壓(△V)均大于3 mV，供電電流(I)均大于3 mA，符合《水利水電工程物探規(guī)程》的要求。

表1 電測深裝置極距一覽表

電測深數(shù)據(jù)質量評價通過系統(tǒng)檢查方式進行，本次按工作精度控制標準，在工作區(qū)不同部位共布置9個系統(tǒng)檢查點，單點均方相對誤差均小于3.5%，總均方相對誤差(M)為0.38%，小于規(guī)范規(guī)定的總均方相對誤差(M)小于3.5%的精度要求，外業(yè)數(shù)據(jù)質量可靠。

2.2 解釋方法

高密度電阻率法，首先將存儲在儀器中的原始測試數(shù)據(jù)通過“電法測量系統(tǒng)數(shù)據(jù)接收與轉換”軟件傳輸至計算機中，并轉換成適合高密度電法解釋軟件(Geogiga CRT)格式的數(shù)據(jù)文件進行保存。然后進入到Geogiga CRT解釋軟件中進行相關的處理和反演解釋，生成工作斷面的電阻率反演色譜圖像，直觀反映地下電性地質體的空間分布形態(tài)，再結合工作區(qū)的地質資料對異常體做出推斷解釋。

電阻率測深法電測深資料整理，首先是對野外原始觀測數(shù)據(jù)檢查、處理及剖面測量數(shù)據(jù)的整理，并對測區(qū)電測曲線類型、地電斷面進行分析、統(tǒng)計，歸納出測區(qū)主要電性層的電性參數(shù)。其后結合測區(qū)地質及水質分析成果資料對電測曲線進行定量解釋，解釋方法主要有量板法、拐點切線法及經(jīng)驗系數(shù)法，對典型曲線采用計算機數(shù)字擬合解釋，最后繪制定性、定量成果圖件，并對其進行分析，做出地質解釋。

3 測區(qū)電性特征及成果分析

3.1 測區(qū)電性特征

工作區(qū)北部基巖山區(qū)，巖性主要為花崗巖和火山碎屑巖，在完整狀態(tài)下一般呈現(xiàn)高阻特征，電阻率通常可達到500 Ω·m以上，但隨著裂隙發(fā)育程度和破碎程度的增大，電阻率會表現(xiàn)出明顯的下降趨勢，在較破碎的情況下，可下降到200 Ω·m左右，這種電性上的明顯差異為應用高密度電阻率法探測斷層破碎帶的發(fā)育情況提供了良好的地球物理條件。

莫合臺洼地區(qū)地層為多層結構，巖性以卵礫石、砂礫石、粗砂含礫、砂土互層和砂泥巖為主，不同巖性層具有不同的電性特征，綜觀洼地區(qū)電測深曲線，若忽略地形及淺部不均勻地質體的影響，曲線類型基本可歸結為三大類，即HK、QQ和KQ型，其共同特征是曲線尾支均呈下降趨勢，見圖3、圖4和圖5。

圖3 HK型典型電測深曲線圖

圖4 QQ型典型電測深曲線圖

圖5 KQ型典型電測深曲線圖

HK型(見圖3)：該類型曲線主要分布在洼地區(qū)北部的沖洪積戈壁礫石帶，反映地下為四層地電斷面，其層間電性關系為：ρ1>ρ2<ρ3>ρ4。

QQ型(見圖4)：該類型曲線主要分布在洼地中部，現(xiàn)狀多為耕地和林地。該曲線反映地下為四層地電斷面，其層間電性關系為：ρ1>ρ2>ρ3>ρ4。

KQ型(見圖5)：該類型曲線主要分布在洼地區(qū)的東南部，反映地下為四層地電斷面，其層間電性關系為：ρ1<ρ2>ρ3>ρ4。

從上述典型曲線特征來看，砂泥巖層為穩(wěn)定的低阻特征，可作為定量解釋的參照層。同時，根據(jù)工作區(qū)不同部位十字測深點解釋結果，中淺部地層巖性存在各向異性，中深部地層各向異性較小，且地層分布均勻穩(wěn)定。

綜合上述資料，取得工作區(qū)200 m深度內(nèi)主要電性層的電性參數(shù)見表2。由表可看出區(qū)內(nèi)卵礫石、砂礫石、粗砂含礫及砂土互層之間電性差異較明顯，為電阻率法劃分地層結構提供了良好的地球物理條件。

表2 調(diào)查區(qū)各電性層的電性參數(shù)表

3.2 成果分析

通過對工作區(qū)北部山區(qū)及山前基巖淺埋區(qū)布置的G1、G2、G3、G4等4條高密度電阻率剖面的測量結果，見莫合臺鎮(zhèn)西北蒙戈爾姜溝出山口下游G1和G2剖面高密度電阻率影像圖(圖6)；莫合臺鎮(zhèn)東北沿額敏-和豐公路(S318省道)進山口G3和G4剖面高密度電阻率影像圖(圖7)。

圖6 G1和G2剖面高密度電阻率影像圖

圖7 G3和G4剖面高密度電阻率影像圖

G1剖面垂直于山前北西——南東向蒙戈爾姜溝谷走向布置，處于花崗巖體與火山巖的接觸帶,影像圖中紅色為高阻分布，電阻率最高達上千Ω·m，推斷巖性為漂卵石；藍色為相對低阻分布，電阻率250 Ω·m左右，推斷巖性為破碎基巖。綜合剖面電性特征和現(xiàn)場地質調(diào)查結果分析， 整個剖面處于斷層破碎帶上，驗證了北西——南東向(莫合臺東斷裂F1)斷層在該位置客觀存在。

G2剖面位于G1剖面東南部下游，由20個排列組成，拼接剖面長3 000 m，由圖可見，剖面淺部分布厚度一般小于15 m的坡積碎石土，其下為硬質基巖，在不同地段完整性差異較大。在0～300 m段和 2 000～3 000 m段為紅色高阻分布，電阻率一般大于400 Ω·m，推斷為較完整基巖；在300～2 000 m段，為藍色的相對低阻分布，電阻率一般在160 Ω·m左右，推斷巖性為較破碎基巖。由此判斷剖面300～2 000 m段為北西—南東延伸斷裂的破碎帶，其寬度可達1 700 m。

G3剖面位于東北部基巖山區(qū)S318省道進山口、垂直于區(qū)域上額敏—和豐公路(現(xiàn)為S318省道)斷層走向布置，剖面長600 m，由圖可見，剖面淺部分布厚度一般小于12 m的碎石土，其下為硬質基巖(火山巖)分布，在不同地段完整性差異較大。在0～200 m段為紅色高阻分布，電阻率一般大于400 Ω·m，推斷為較完整基巖；在200～600 m段，為藍色的相對低阻分布，電阻率一般在160 Ω·m左右，推斷巖性為較破碎基巖。由此證實，剖面200～600 m段為額敏—和豐公路(現(xiàn)為S318省道)斷層延伸的斷層破碎帶，其破碎帶寬度大于400 m。

G4剖面位于G3剖面的西南部另一沖溝內(nèi)，垂直于F2 斷層走向布置，剖面長度600 m，由圖可見，剖面淺部分布的沖洪積碎石土，厚度一般小于10 m，其下為硬質基巖(火山巖)分布，在400～600 m段為紅色高阻分布，電阻率一般大于400 Ω·m，推斷為較完整基巖；在0～400 m段，為藍色的相對低阻分布，電阻率一般在160 Ω·m左右，推斷巖性為較破碎基巖。由此證實，剖面0～400 m段為受F2斷層影響的斷層破碎帶，破碎帶寬度大于400 m。

在上述工作基礎上，為進一步查明莫合臺鎮(zhèn)區(qū)扇間洼地區(qū)覆蓋層的總體變化規(guī)律，在洼地區(qū)又布置58個電測深散點，并結合貫穿扇間洼地剖面的電測深點和鉆孔資料，繪制了洼地區(qū)基巖頂板埋深和基巖頂板高程等值線平面圖(圖8)。

圖8 莫合臺洼地基巖頂板埋深及高程等值線平面圖

從基巖頂板埋深等值線來看，埋深等值線基本由北東向南西順向排列，深度由北西向南東方向逐漸變淺。在工作區(qū)西北部基巖埋深最大，可達200 m以上，向東南方向逐漸變淺，至工作區(qū)中部基巖埋深變?yōu)?60 m左右，到工作區(qū)東北部，基巖埋深100～150 m，到東南部基巖埋藏小于100 m，到南邊界已小于50 m。

從基巖頂板高程等值線來看,基巖頂板地形存在南高北低、西高東低，在工作區(qū)中部第四系覆蓋物下存在一個開口朝向北東方向的半封閉“U”型洼槽帶，基底最小高程480 m左右，由洼槽向西北、西南、東南三個方向基底高程逐漸抬升至530 m以上，且在東南區(qū)域基底最大高程達到600 m。

4 結語

(1)根據(jù)本次物探探測驗證，工作區(qū)西北部基巖山區(qū)發(fā)育的布拉特南斷裂，通過莫合臺鎮(zhèn)區(qū)西北蒙戈爾姜溝出山口向東南延伸，上覆第四系，下伏泥盆系火山巖、火山碎屑巖及華力西期侵入花崗巖體，在完整、較完整狀態(tài)下表現(xiàn)為高阻特征，在斷層發(fā)育地段，由于巖石破碎，裂隙被泥質和裂隙水充填，電阻率明顯降低，斷裂破碎帶寬度超過1 700 m。結合區(qū)域地質資料和衛(wèi)星遙感影像解譯綜合分析，布拉特南斷裂在山前坡洪積物帶呈隱伏斷裂構造存在，其延伸的方向與莫湖臺東斷裂F1一致。

工作區(qū)東北部基巖山區(qū)發(fā)育的區(qū)域上額敏—和豐公路斷裂，因該斷裂向南西延伸被第四系覆蓋，由高密度影像探測結果，其在風光伏電站東北斷裂破碎帶寬度超過400 m，向南西仍呈隱伏狀延伸，到莫合臺鎮(zhèn)居民區(qū)東側影像圖上反映較明顯，順北東—南西向地表天然植被呈“S”形發(fā)育，其植被發(fā)育帶寬度在1～7 km，斷裂走向與莫湖臺斷裂F2一致。

(2)兩斷裂帶在莫合臺低地交匯，對該區(qū)三角洼地東西邊界起到控制作用，促使山區(qū)東、西部地下水與洼地地下水的補排關系更為直接密切，因其補給途徑分別來自西北水量豐沛區(qū)和東北干旱少雨區(qū)，使洼地區(qū)水質變化較為復雜。

(3)洼地區(qū)基底為第三紀低阻的砂泥巖地層，受新構造運動的影響，基底起伏變化較大，在莫合臺鎮(zhèn)東北部靠近三角洼地頂部山前扇緣，基底地形存在南高北低、西高東低的半封閉凹槽構造特征，從地下水補徑排水文地質條件分析半封閉的凹槽構造相當于地下水儲水構造體，有利于地下水流場的靜止緩流，促使沉積作用的加強和水化學元素的富集。