王宇航
(安徽省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究總院有限公司,合肥 230022)
高密度電法是常見(jiàn)的一種地球物理方法,該方法利用了不同巖、土導(dǎo)電性的差異和斷面破碎帶兩側(cè)巖性不同和物性差異,通過(guò)人工施加穩(wěn)定電流場(chǎng),研究電流在探測(cè)的巖土層中的分布規(guī)律,達(dá)到識(shí)別、探明地下斷層、巖土層等分布情況的目的。高密度電法具有觀測(cè)精度高,得到的數(shù)據(jù)量大等優(yōu)點(diǎn),在結(jié)合地質(zhì)鉆孔資料的基礎(chǔ)上,可以快速且準(zhǔn)確地識(shí)別出斷層的分布情況為繼續(xù)開(kāi)展工程地質(zhì)勘查指明方向。因此高密度電法廣泛應(yīng)用于斷層破碎帶的調(diào)查中,為繼續(xù)開(kāi)展工程地質(zhì)勘查指明方向。文章就是以大別山某水庫(kù)工程實(shí)例為例,簡(jiǎn)述了高密度電法在水庫(kù)選址斷層破碎帶勘探中的應(yīng)用[1-2]。
大別山區(qū)某水庫(kù)選址地質(zhì)勘探中,上壩址河床右側(cè)鉆孔ZK7揭露出斷層破碎帶,但垂直與河道兩側(cè)鉆孔均為揭露到斷層破碎帶,疑似為陡傾角斷層破碎帶,需進(jìn)一步通過(guò)工程物探手段查明斷層走向及大小,為繼續(xù)開(kāi)展工程地質(zhì)勘查提供方向。
水庫(kù)壩址選址區(qū)域,河道兩側(cè)為中低山,兩岸山坡陡峻,一般山坡坡度在30°-50°,山坡表面覆蓋較淺,植被茂盛[3]。
高密度電法具有數(shù)據(jù)采集量大、裝置類型多、分辨率高等特點(diǎn),是斷層破碎帶探測(cè)中最常用的方法。它是一種陣列探測(cè)方法,測(cè)點(diǎn)密度高,只需一次性將全部電極布置在一定間隔的測(cè)點(diǎn)上,自動(dòng)轉(zhuǎn)換電極裝置形式、極距及測(cè)點(diǎn)等,即可實(shí)現(xiàn)野外數(shù)據(jù)的高效快速和自動(dòng)采集。高密度電法采用成像色譜圖表示視電阻率等級(jí)剖面圖,直觀形象地刻畫(huà)地電斷面的結(jié)構(gòu)與分布形態(tài)。
高密度電阻率法屬于直流電阻率探測(cè)法的一種特殊形式,其基本原理是通過(guò)給AB極供電,測(cè)量MN電位差,計(jì)算視電阻率ρs的變化來(lái)判定斷層破碎帶走向及大小。
(1)
式中:△U為M,N間電位差,I為供電回路電流,K為裝置系數(shù)。根據(jù)觀測(cè)方式的不同可分為偶極裝置、溫納裝置、施龍貝格裝置、三極裝置等。
本次共布置6條高密度電法測(cè)線,其中順河流方向2條左側(cè)沿路邊1條,右側(cè)沿河灘地兩條,垂直與河道方向3條,高密度電法測(cè)線布置平面圖,見(jiàn)圖1。
圖1 高密度電法測(cè)線布置平面圖
其中測(cè)線1和測(cè)線2布置在河右岸沙灘地上,電極距為3m,共布設(shè)60個(gè)電極;測(cè)線3、4、5垂直與河道布置,其中測(cè)線3和測(cè)線4正交河道,電極距為1.5m,分別布設(shè)42個(gè)電極;測(cè)線5斜向垂直與河道,電極距為1.5m,共布設(shè)50個(gè)電極;測(cè)線6沿著左岸公路內(nèi)側(cè)布置,電極距為2m,共布設(shè)60個(gè)電極;均采用溫納裝置形式,隔離系數(shù)均取12[4]。
采用GPS測(cè)量系統(tǒng),對(duì)測(cè)線上所有電極測(cè)量其坐標(biāo)信息,加入到高密度電法采集的原始數(shù)據(jù)中,通過(guò)瑞典Res2dinv軟件對(duì)原始數(shù)據(jù)先剔除奇異點(diǎn),再進(jìn)行二維數(shù)據(jù)反演,最后展開(kāi)地形信息。通過(guò)視電阻率剖面圖數(shù)據(jù)可以看出:
1)測(cè)線1:在橫坐標(biāo)15-26m,高程約148-160m,范圍內(nèi)存在低阻異常區(qū)域,疑似破碎充水導(dǎo)致。36-66m,高程152-157m,范圍內(nèi)存在相對(duì)低阻異常區(qū)域,疑似有少量破碎充水。測(cè)線一視電阻率剖面圖,見(jiàn)圖2。
圖2 測(cè)線1視電阻率剖面圖
2)測(cè)線2:在高程150-158m存在低阻帶,疑似破碎充水導(dǎo)致,其中橫坐標(biāo)21-51m,電阻率值較低,疑似破碎嚴(yán)重。測(cè)線二視電阻率剖面圖,見(jiàn)圖3。
圖3 測(cè)線2視電阻率剖面圖
3)測(cè)線3:在橫坐標(biāo)24-30m處,高程約155-163m,存在低阻異常區(qū)域,疑似破碎充水;在橫坐標(biāo)37.5-45m,高程157m附近存在低阻異常區(qū)域,疑似破碎充水,此處與測(cè)線2交匯,均存在低阻異常。測(cè)線三視電阻率剖面圖,見(jiàn)圖4。
圖4 測(cè)線3視電阻率剖面圖
4)測(cè)線四:在橫坐標(biāo)21-25.5m處,高程約156-165m,存在低阻異常區(qū)域,疑似破碎充水;在橫坐標(biāo)39-46.5m,高程157m附近存在低阻異常區(qū)域,疑似破碎充水,此處與測(cè)線1交匯,均存在低阻異常。測(cè)線四視電阻率剖面圖,見(jiàn)圖5。
圖5 測(cè)線4視電阻率剖面圖
5)測(cè)線五:在橫坐標(biāo)31.5-51m處,高程約151-160m,存在低阻異常區(qū)域,疑似破碎充水;且此處與測(cè)線2交匯,均存在低阻異常。測(cè)線五視電阻率剖面圖,見(jiàn)圖6。
圖6 測(cè)線5視電阻率剖面圖
從垂直與河道三條斷面圖可以看出,均在河谷與河灘地之間的斜坡段出現(xiàn)低阻異常區(qū)域,疑似斷層位置,且在斷面圖橫坐標(biāo)大號(hào)端與測(cè)線1和測(cè)線2低阻異常區(qū)域吻合,需進(jìn)一步驗(yàn)證。
6)測(cè)線六,在橫坐標(biāo)64-72m附件,存在高阻異常,疑似火成巖侵入。測(cè)線六視電阻率剖面圖,見(jiàn)圖7。
圖7 測(cè)線6視電阻率剖面圖
綜合以上批判,可以推斷出此處可能存在一個(gè)順?biāo)鞣较?,左傾斜斷層破碎帶,傾角約75°,建議在斷層破碎帶位置左右各布置鉆孔,進(jìn)一步確定斷層的走向及大小。后經(jīng)過(guò)鉆孔揭露,此處存在順?biāo)鞣较驍鄬?,產(chǎn)狀N65-75°E,NW∠75-80°,帶寬6.0-7.0m,帶內(nèi)為擠壓破碎巖石,片理化,硅化,巖石強(qiáng)風(fēng)化,有石英脈充填,夾斷層泥,斷層帶兩側(cè)巖石蝕變,影響帶較寬[5]。
高密度電法在地質(zhì)勘探中使用較為廣泛,通過(guò)高密度電法等物探手段,為鉆探提供方向和信息,可以有效減少鉆探的工作量,更加準(zhǔn)確的查明地質(zhì)構(gòu)造。同時(shí)在開(kāi)展物探工作前,應(yīng)充分收集相關(guān)資料,了解地質(zhì)構(gòu)造背景,熟悉工區(qū)實(shí)際地形地質(zhì)條件,確認(rèn)具備的工程物探前提,正確選擇測(cè)線方向,長(zhǎng)度以及使用適當(dāng)?shù)碾姌O距和參數(shù)。本次高密度電法工作,根據(jù)工區(qū)實(shí)際地質(zhì)環(huán)境,共設(shè)置6條測(cè)線,呈十字交叉,物探探測(cè)效果良好,為進(jìn)一步勘察提供了依據(jù)。