联合剖面法在探测隐伏断层中的应用

何 胜，潘 军，苌有全

1. 青海省环境地质勘查局，青海 西宁 810008；2. 青海省环境地质重点实验室，青海 西宁 810008；3. 青海省地质环境调查院，青海 西宁 810008；4. 青海九零六工程勘察设计院，青海 西宁 810008

0 引言

甘肃民勤地处石羊河流域最下游，具有丰富的自然资源。冬寒夏热，多风沙、少降雨的大陆性沙漠气候特征十分明显，其日照时间长，光辐射强，昼夜温差大，非常适宜于农作物生长。根据民勤县邓马营滩地农田供水规划，笔者在该区进行了农田供水水文地质详查物探工作，主要目的是了解湖盆地层岩性结构，寻找隐伏断层的位置，查明其边界条件，为农业开发合理有效利用地下水（布孔打井）资源提供详实的水文地质资料。

联合剖面法是地球物理勘探领域一种重要的方法[1]，该方法是以岩（矿）石的电阻率差异为基础，通过测量地下不同深度以及不同位置的视电阻率的变化规律，研究地下各种地质构造和地质异常体的发育和分布情况，可提供构造破碎带的位置、规模、走向和倾向等资料，具有简单直观、分辨能力强和异常明显等优点，适合于探测一切形状和产状的地质构造[2-3]。

1 自然地理地质概况

邓马营滩地是腾格里沙漠西部较大的湖积盆地之一，居沙漠腹地，交通极为不利。测区周围多为固定、半固定新月型沙丘，滩地内地势相对平坦开阔，海拔1 450～1 500 m，总体地势自西南向北东倾斜。滩地表层以盐渍土为主，植被大部分为盐生灌丛。区内年降水量120～160 mm，蒸发量达2 600 mm左右。

测区处于河西构造体系中三级构造单元汤家海—邓马营湖新近系—全新统断陷湖盆南部，从区域构造对比分析，湖盆东缘陡、西缘缓，断陷轴面倾向北东。新构造运动十分强烈，从地形地貌看，湖盆与外围地块均产生不均匀升降，风积沙与湖盆边界和断裂带分布走向大体一致，从而为物探寻找追索隐伏断层构造具有良好的间接标志作用。基底为新近系上新统（N2）含砾砂岩、泥岩等，该岩性分布广泛，构成湖盆区良好的隔水地板。第四系岩性主要有湖湘特征的中—下更新统、中—上更新统、全新统的湖积细砂，粉砂夹粘土及中粗砂、中细砂和含盐量较高的盐渍土。上部为潜水，下部为承压水的第四系孔隙水含水层主要岩性为粗中砂、细粉砂等，地下水主要接受来自湖盆南部地下水径流补给，在湖盆东北部边缘以泉水或潜流形式注入汤家盐海。

2 工作原理

联合剖面法是电剖面法中最重要的方法[4]。由于它是由2个三极装置组合而成，因此提供了较为丰富的地质信息[5-6]。视电阻率联合剖面法是利用供电电极与测点的不同位置关系，对地下（岩层中）局部电阻率异常体的规模、位置、产状进行勘查，在构造带探查中具有明显的效果[7-9]。联合剖面装置是由装置AMN和MNB组成的（见图1），其中A、B为供电电极，M、N为测量电极，当装置通过某界面时其所对应的ρsA和ρsB剖面曲线的特征是不同的[1]，如图2所示，如果测区内有与测线相交的断裂带存在，曲线将有低阻正交点出现（地下水位以下的基岩破碎带表现为低阻异常），据此可大致推定异常位置，并利用改变极距的方法判定倾向[2-3]。

图1 联合剖面法装置图Fig. 1 Schematic diagram of combined electrical resistivity

图2 低阻体上联剖和对称四极剖面法 ρs 曲线Fig. 2 ρs curves of low resistivity body upper symmetrical section and symmetrical quadrupole section method

3 滩地岩性地球物理特征

依据物探资料，经统计、分析后可以看出：第四系不同岩性之间均有电性差异，特别是第四系的粗中砂与基底新近系泥岩、泥质砂岩电性差异甚大，且在电测深曲线上反映明显，易于分辨、解释。各岩性层视电阻率如下：盐渍土ρs=5～10 Ω·m，亚砂土ρs=15～30 Ω·m，粉细砂夹粘土层ρs=40～55 Ω·m，中细砂ρs=70～95 Ω·m，粗中砂ρs=90～110 Ω·m，泥岩、泥质砂岩（N2）ρs=15～20 Ω·m，详见表1。测区第四系不同岩性堆积物，其电阻率大小主要受碎屑物的成份、粒径、含泥砂量、湿度、地下水矿化度等因素制约，在垂向上呈现由浅及深逐渐减小的电性变化规律，这也为利用联剖方法探测隐伏构造（岩性）提供了地球物理前提。

表1 测区介质物性参数Table 1 Physical properties of medium in the measuring area

4 测线布置与工作方法

由于测区缺少详细地质资料，工作时根据野外现场实际踏勘情况和地形地貌条件，在湖盆东、西、北部边缘布置了多条近东西向或南北向的联合剖面测线。联合剖面法采用的装置形式为A225M50N∞M50N225B同向同步逐点进行观测。AO=250 m，MN=50 m，点距=25 m，缩小极距后AO=110 m，MN=20 m，点距=25 m。其中3条剖面布置在地形地貌条件反映有隐伏断层发育分布的东、北部边缘地形相对开阔平坦部位，主要是探寻湖盆东部边缘北西向隐伏构造分布、发育情况等。

本次物探工作采用重庆奔腾数控技术研究所研制的WDJD-3多功能数字直流激电仪。剖面方向采用GPS、森林罗盘定向，测点定位以GPS测定坐标并以实物（木桩、竹签）作标记。

5 资料分析解释

Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ线联合剖面分别布设于邓马营滩地东、北部边缘的南井、碱槽子、甘草秧井三个地段。Ⅰ、Ⅱ线垂距1 km，Ⅱ、Ⅲ线垂距3.5 km，三条剖面近东西向布设，Ⅰ线剖面长300 m，Ⅱ线剖面长400 m，Ⅲ线剖面长450 m，见Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ线ρS剖面平面图（图3），作图时只截取剖面部分长度。、ρSB两支曲线反映在Ⅰ线48～50号测点间，Ⅱ线50～52号部位，Ⅲ线52～54号测点处各有一明显的低阻正交点异常反映，且ρSA、ρSB曲线在交点两侧的极小值基本一致，曲线跳跃变化较小，分离度稍差，据以上异常特征结合地形地貌地质条件，综合分析推断上述3处为一低阻断层构造带的反映（3条剖面低阻正交点连线方向即为断层构造带走向）。ρSA、ρSB两支曲线变化平缓，呈现无明显的梯度带变化特征，说明断层两侧岩性均匀相同，表现为相对低阻的电阻率态势，为新近系的含砾砂岩反映。

图3 联合剖面法 ρs 剖面平面图Fig. 3 Plan of ρs section of combined section method

Ⅲ线反演成果如图4所示，当OA=110 m时，联合剖面曲线在50号点附近出现视电阻率低阻正交点，当OA=250 m时，联合剖面曲线在52号点附近出现视电阻率低阻正交点，通过将其两极距正交点连线，推断出该处为一倾向东的断层，断层东侧为上升盘，西侧为下降盘，倾角较大，为陡倾断层，倾角约80°。由此可以看出Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ线联合剖面所探寻到的断层即是贯穿南北的北西向大断裂（F6），它控制了湖盆的东缘边界，这一推论与地质测绘航卫解译完全一致。通过上述物探工作结合地面地质调查，最终孔位定于Ⅲ线52号测点（实施钻孔为ZK2号钻孔）。

图4 联合剖面法Ⅲ线不同极距 ρ s 曲线图Fig. 4 ρ s curves of different polar distances in line III of joint section method

图5为ZK2钻孔柱状图，ZK2号钻孔位于Ⅲ线52号测点附近，从钻孔柱状图可以清楚的看到在47.6 m揭露断层破碎带，与物探推测断层位置基本吻合。

图5 ZK2钻孔柱状图Fig. 5 Histogram of ZK2 borehole

6 结论

（1）通过对物探野外采集数据的处理并结合区域水文地质资料，分析推断出了测区湖盆东部边缘的北西向主断层构造带。建议在构造部位施工成井，后经钻探揭露验证与物探推断断层特征相吻合，日涌水量达千余立方，水质水量满足单井要求。

（2）联合剖面应尽可能地布置在地形地貌条件相对平坦开阔、障碍物影响较小的地段。应布设不同的AO极距，才能精确评判断层的倾向，且应先探测断层的走向后，在异常地段再布置小极距精确判断其倾角。

（3）联合剖面曲线上的“低阻正交点”是隐伏断层的明显标志。通过实践工作，该方法寻找隐伏断层的成本低，易于开展野外工作，能够准确的判断隐伏断层的特征。因此，该方法可以广泛运用于寻找隐伏构造中。