物探方法在隐伏构造探测中的应用

刘 凯，朱冠宇，韩 飞，杨嘉明

（中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林 长春 130062）



物探方法在隐伏构造探测中的应用

刘 凯，朱冠宇，韩 飞，杨嘉明

（中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林 长春 130062）

［摘 要］隐伏构造作为一种典型的不良地质现象，在工程建设中的危害越来越明显。尤其隐伏构造埋藏较深，规模难以确定，为地质工作和工程设计带来了很大困扰。文中结合辽宁某抽水蓄能工程中高密度电法和EH4-电磁成像系统的综合运用，通过实例结果,说明了综合物探方法在隐伏构造的探测中是一种行之有效的方法。

［关键词］综合物探；隐伏构造；电阻率

0　引言

近年来，随着水利水电工程的快速发展，工程地质勘测的难度越来越大，深度越来越深，特别是对高山地区深埋的断层构造、大型滑坡体、岩溶等一系列不良地质构造的探测，常规的电法、地震勘探方法受地形限制、勘测深度有限等不利因素影响，已不能单独的解决某一复杂问题。综合物探方法应运而生，多数复杂的地质构造都需要多种物探方法共同实施，才能取得满意的结果。这次辽宁某抽水蓄能电站就遇到了深埋的隐伏断裂，单独的高密度电法已不能有效的解决问题，采用了高密度电法并结合EH4-电磁成像系统共同对地下隐伏构造的规模和深度进行探测，并取得了满意的结果。

1　方法原理

1.1 EH4-电磁成像系统原理及工作方法

1.1.1 EH4-电磁成像系统原理简介

EH4-电磁成像系统是采用美国EMI公司和Geometrics公司联合推出的新一代电磁仪，属于可控源与天然源相结合的一种大地电磁测深系统。深部构造通过天然背景场源成像（MT），其频率为10～100 HZ。浅部构造则通过一个新型的便携式低功率发射器发射1～100 kHZ人工电磁讯号，补偿天然讯号的不足，从而获得高分辨率的成像。EH4-电磁成像系统能观测到距地表几十米至1 000 m内的地质断面的电性变化信息，基于对断面电性信息的分析研究，可以应用于地下水研究、环境监测、矿产与地热勘察，以及工程地质调查等。

StrataGem电磁系统野外工作通常采用天然场源，在天然场信号很弱或者根本没有信号的频点上，才使用人工场源，用以改进数据质量，提高数据信噪比，这次探测采用了人工场源，以提高野外数据质量。StrataGem电磁系统可以在10 Hz至92 KHz的宽频范围内采集数据，为确保数据质量与工作实效，上述频带又分成三个频组：

一频组：10 Hz－1 KHz

二频组：500 Hz－3 KHz

三频组：750 Hz－92 KHz

1.1.2 EH-4电磁成像系统工作方法

1）平行试验。在开展工作的前一天做平行试验，检测仪器是否工作正常。两个磁棒相隔5m远，平行放在地面，两个电偶极子也平行。观测电场、磁场通道的时间序列信号。分别为低频和高频段磁场、电场信号波形见图1，从图1中可以看出，两个方向通道的波形形态、强度基本一致，说明仪器设备工作正常。

2）电极的布置技术。如图1所示，使用四个电极，每两个电极组成一个电偶极子，为了便于对比监视电场信号，其长度都为25 m，与测线方向一致的电偶极子叫做X-Dipole；与测线方向垂直的电偶极子叫做Y-Dipole。为了保证Y-Dipole电偶极子的方向与X-Dipole的相互垂直，要用罗盘仪定向，误差；电偶极子的长度用测绳测量，误差米。这次设计电极距25 m，实测过程中，根据实际情况（地形、障碍物等因素）适当改变极距大小。

3）磁棒布置技术。磁棒离前置放大器大于5米，为了消除人文因素干扰两个磁棒要埋在地下，保证其平稳，用罗盘仪定向使HX，HY两磁棒相互垂直，误差控制在，且水平。所有的工作人员离开磁棒至少5 m，尽量选择远离房屋、电缆、大树的地方布置磁棒。

4）AFE(前置放大器)布置技术。电、磁道前置放大器放在测量点上，即两个电偶极子的中心，为了保护电、磁道前置放大器应首先接地。

5）主机布置技术。主机要放置在远离AFE(前置放大器)至少10 m的一个平台上，而且操作员最好能看到AFE和磁棒的布置。

EH-4电磁成像系统具有如下优点：

①使用可控制的人工场源，测量参数为电场与磁场之比—卡尼亚电阻率，增强了抗干扰能力，并减少地形影响；②探测深度范围大，一般可达1～2 km；③横向分辨率高，很容易发现断层；④高阻屏蔽作用小，可以穿透高阻层。

1.2高密度电法原理及工作方法

1.2.1高密度电法原理

高密度电法实际上是集中了电剖面法和电测深法，是建立在地壳中各种岩矿石具有各种导电性差异的基础上，通过观测和研究与这些差异有关的天然电场或人工电场的分布规律，从而达到查明地下构造的目的。其原理与普通电阻率法相同，所不同的是在观测中设置高密度观测点，是一种阵列勘探方法。

1.2.2高密度电法工作方法

高密度电法野外测量时将全部电极(几十至上百根)置于剖面上，利用程控电极转换开关和微机工程电测仪便可实现剖面中不同电极距、不同电极排列方式的数据快速自动采集。与常规电阻率法相比，高密度电法具以下优点：

1）电极布置一次性完成，不仅减少了因电极设置引起的故障和干扰，并且提高了效率。

2）能够选用多种电极排列方式进行测量，可以获得丰富的有关地电断面信息。

3）野外数据采集实现了自动化和半自动化，提高了数据采集速度，避免了手工误操作。

2　工程概况

2.1地形地质简况

辽宁某抽水蓄能电站位于辽宁省葫芦岛市境内。区内地势总体为西北高，东南低，主要为松岭山脉延续分布的丘陵地带，一般山顶高程多大于400 m，相对高差200～300 m，山体基岩大部裸露，植被较发育，沟谷多较开阔。地形相对平缓，以低山地貌单元为主。

工程区所处大地构造属于阴山东西向复杂构造带和新华夏系第三隆起带的交汇部位。区域地质构造复杂，断裂构造比较发育。岩性主要为燕山早期侵入的二长花岗岩，灰白色，库内基岩大多裸露，呈弱化状态，覆盖层零星分布，库区无地表径流，地下水主要为基岩裂隙水和第四系松散堆积层孔隙水。

2.2物性参数

实测这次物性特征：高密度：覆盖层视电阻率在30～150 Ωm；花岗岩视电阻率1 000～6 000 Ωm；大地电磁测深测得花岗岩卡尼亚视电阻率为4 000 ～15 000 Ωm。

2.3任务目的

钻孔ZK05钻进过程中，岩芯自40 m以下，出现四段岩芯为泥、砂状夹少量碎块岩，判断为断层影响，厚度大于20 m，钻至60 m未见好转，推测断层倾角较陡，继续钻进很难打穿，而且由于岩石比较破碎，钻进很困难，希望通过物探方法查明该断层的发育规模。

后经过地质专业详细勘察，却未发现该断层露头，确定为隐伏断层。

2.4工作方法及布置

这次工作选用高密度电法和EH4-电磁成像系统方法的综合物探方法。

根据要求布置了WT-1高密度剖面，在小号端外延100 m，大号端适当外延，以保障勘测深度；在同一位置布置WT-1’EH4电磁成像剖面。

3　成果分析

3．1高密度电法成果分析

经高密度电法探测可知，覆盖层粘土夹碎石视电阻率为10～100 m，花岗岩全风化电阻率为200～ 600 m，花岗岩新鲜基岩视电阻率为700～6 000 m。

EH4电磁成像系统成果分析。经大地电磁测量，花岗岩的有效视电阻率为500～15 000 m，新鲜基岩视电阻率为4 000-15 000 m。

通过视电阻率色阶图推断，距物探剖面起点85～230 m处低阻带视电阻率1 500～4 000 m，推测为断层破碎带F1的反应，视宽度145 m，深度最大处距地表达340 m。

但是，由于花岗岩电阻率较高，浅层盲区较大，浅层80 m以内基本无有效数据。

4　成果结论

综合高密度电法成果与EH4-电磁成像系统成果，断层破碎带F1深度范围40～340 m，视宽度75～145 m。达到了确定断层规模的目的。

5　结语

此次工程中断层属于比较典型的隐伏构造类型，浅层岩石完好，而只出现在深部的较大规模构造。单一方法由于地形和方法的限制，已经不能完全追踪和确定此种构造的规模和产状，所以，两种甚至多种物探方法的综合运用是一种有效的尝试且在未来的生产中将扮演越来越重要的角色。

［参考文献］

［1］刘国兴主编.电法勘探原理与方法［M］.北京：地质出版社，2003.

［2］曾宪强，毋光荣，郭玉松主编.水利水电工程物探技术［M］.郑州：黄河水利出版社，2003.

［中图分类号］TV221.2

［文献标识码］B

［文章编号］1002－0624（2016）05－0052－02

[收稿日期]2016-01-21