劉 凱，朱冠宇，韓 飛，楊嘉明

（中水東北勘測設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)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(yùn)用，通過實(shí)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(duì)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(dú)的解決某一復(fù)雜問題。綜合物探方法應(yīng)運(yùn)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(shí)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(dú)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(duì)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(gè)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(hào)，補(bǔ)償天然訊號(hào)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(duì)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?，以及工程地質(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(hào)很弱或者根本沒有信號(hào)的頻點(diǎn)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(shí)效，上述頻帶又分成三個(gè)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(yàn)。在開展工作的前一天做平行試驗(yàn)，檢測儀器是否工作正常。兩個(gè)磁棒相隔5m遠(yuǎn)，平行放在地面，兩個(gè)電偶極子也平行。觀測電場、磁場通道的時(shí)間序列信號(hào)。分別為低頻和高頻段磁場、電場信號(hào)波形見圖1，從圖1中可以看出，兩個(gè)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(gè)電極，每兩個(gè)電極組成一個(gè)電偶極子，為了便于對(duì)比監(jiān)視電場信號(hào)，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(jì)電極距25 m，實(shí)測過程中，根據(jù)實(shí)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(gè)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(diǎn)上，即兩個(gè)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(gè)平臺(tái)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(diǎn)：

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(shí)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(diǎn)，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(shí)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(shí)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(dòng)采集。與常規(guī)電阻率法相比，高密度電法具以下優(yōu)點(diǎn)：

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(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化和半自動(dòng)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(duì)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(duì)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(shí)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?yuàn)A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(hào)端外延100 m，大號(hào)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(diǎn)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(yùn)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(hào)］TV221.2

［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］B

［文章編號(hào)］1002－0624（2016）05－0052－02

[收稿日期]2016-01-21