综合物探方法在隐伏构造探查中的应用

闫永峰

(新疆水利水电勘测设计研究院有限责任公司，新疆 昌吉 831100)

为探明库趾区内隐伏构造，通常采用综合物探方法进行探测构造的位置、规模，布置钻孔进行验证，经济实惠、周期短并能较精准查明地质情况[1]。王梓帆[2]将高密度电法与地质雷达调查地下垃圾分布情况。黄浩然、荣鑫等[3]采用高密度电法与地质雷达能够有效识别出堤塘渗漏通道的分布和规模，为堤塘的除险加固提供了靶区。王永刚、杨明双等[4]采用直流电法中的充电法与高密度电法对坝体进行综合探测，通过两种方法优势互补，精确探测出坝体右侧绕坝渗漏通道。梁国[5]联合采用高密度电法和地质雷达法在北江大堤进行隐患排查，二者相互验证补偿，相较于单一探测方法，探测成果准确可靠，为加强北江大堤安全管理提供重要依据。杨卫国[6]通过充电法、自然电场法圈定渗漏带的平面分布情况；再通过探地雷达和高密度电法查证坝体渗漏通道的规模、深度及附近坝体是否存在裂缝和松软层。许彩琦、张建智[7]采用时移高密度电法分析总结停水期与行水期不同水位下反演地电断面的电性特征与变化趋势，推断渗漏通道的位置与规模，为隐患排查提供依据。张建清[8]采用多种物探技术对大坝渗漏隐患进行综合探测，指出多种物探方法相互结合可提高隐患定性解释精度。充分说明采用物探方法能够有效探明各类工程中遇到的堤塘、坝体渗漏。本文依托江布塔斯水库工程，采用高密度电法结合四极电测深探明隐伏构造为例。介绍了高密度电法、四极电测深工作方法与技术，进行实例分析探测结果，为类似工程提供依据。

1 工程概况

江布塔斯水库是查干郭勒河支流上哈尔巴勒其格河上的一座拦河式水库，水库位于阿勒泰地区青河县查干郭勒乡。水库位于哈尔巴勒其格河上游段，库区位于山间河谷内，呈“深”V型河谷，河谷两岸山体陡峭，局部有危岩陡立，为冰川及构造侵蚀作用形成的沟谷，坡度在40°左右，局部可见冰川侵蚀的冰斗等，右侧山体鞍部可见冰川残留的漂砾，山麓处堆积坡积碎石土及崩塌的碎石堆。河流整体自东向西流淌，总体走向以南西260°方向展布，现代河谷宽在50～100m，河谷纵坡在2.8%左右，河谷左岸发育小规模I级阶地发育，局部缺失，阶地相对高差一般在2～3m，现代河床宽10～20m，两岸不对称发育宽10～50m不等的河漫滩，高出河床2m左右，河漫滩现状为良好的草场，河边乔木生长较茂盛。

水库区范围内出露有奥陶系哈巴河群地层，华力西中期侵入岩(γδ42)，河谷内发育第四系松散沉积物。库区内上游主要为黑云斜长变粒岩，库区下游岩性主要以中细粒二长花岗岩为主。

本次测试工作为查明江布塔斯水库库区与坝址区指定剖面是否存在隐伏构造、基岩破碎带，并确定断层破碎带的位置与规模。

2 工作布置、方法与技术

2.1 工作布置

在上坝址顺河床左岸布置高密度电法剖面1-1，剖面长度300m，右岸布置高密度电法剖面2-2，剖面长度450m；在下坝址顺河床左岸布置高密度电法剖面3-3，剖面长度500m，布置电测深点6个，右岸布置高密度电法剖面4-4，剖面长度450m，具体布置如图1所示。

图1 物探工作布置图

2.2 工作方法与技术

2.2.1高密度电法工作方法与技术

本次测试工作目的层深度为40～80m，采用DZD-8多功能全波形直流电法仪进行数据采集，工作方式采用高密度温纳α排列[9](即对称四极法)如图2所示，温纳α装置MN的距离与AB保持1∶3的关系，即AM=MN=NB=na，对应测深极距AB/2为1.5na，随着间隔系数n由1(min)逐渐增大到29(max)，5m电极距的最大测深极距AB/2=245m，解释深度一般可达到80m，可满足本次测试要求。如图2所示。

图2 高密度电法α装置数据采集剖面图

2.2.2四极电测深工作方法与技术

根据测区地形情况，采用四极电测深对称装置[10]。AB/2∶MN/2=10∶1，测试最小AB/2=2m，最大极距以充分反映目的层和曲线完整为原则，本次物探工作最大极距均为200m。野外测量方法采用单次读数法，为保证曲线质量，对曲线畸变点进行重复观测，重复观测的相对误差小于5%，测试结果符合SL/T 291.1—2021《水利水电工程勘探规程第1部分：物探》[11]的要求。

2.3 地球物理特征

电法类勘探主要是依据地层介质的电性差异[12-13]，确定目的层，从而达到探明构造的目的。在正常的均质地层里，电阻率呈层状分布，当存在断层构造时，由于岩石破碎、裂隙发育，与围岩相比，断层带的电阻率会因破碎充水而呈现低阻反映。根据测区物探本次测试结果和以往工作经验显示：该工程区表层碎石土层电阻率在200～650Ω·m，砂砾石层电阻率在600～1400Ω·m，花岗岩电阻率在700～6000Ω·m，基岩破碎带电阻率在14～283Ω·m。综上所述，基岩破碎带属于低阻异常，电性差异明显，采用高密度电法结合四极电测深探明隐伏构造是可行的。

3 资料解释

3.1 高密度电法资料解释

高密度电法数据处理采用RES2高密度视电阻率反演软件进行二维反演，具体流程如下：原始数据由高密度电法仪用数据线传至计算机；利用RES2高密度电法数据反演软件对野外观测时如出现坏点参考剔除，通过数据分析，视电阻率出现负值时，参考电压和电流值分析原因，对应视电阻率作为参考修正或删除，视电阻率值超大或超小不符合规律时仅作参考或删除；使用正版RES2高密度电法反演软件，对数据进行反演处理。针对每条剖面，查找地质资料，对异常点进行分析，将数据处理结果转化成DAT文件格式，使用RES2高密度电法反演软件成图。编辑内容主要包括物探成果解释、地质及相关信息等，便于确认物探解释推断成果的可靠性。

3.2 四极电测深资料解释

电测深资料解释工作，首先对电测深曲线的类型进行分析判定，电极距不同所测得的ρs值不同，在双对数坐标纸上绘制ρs—AB/2关系曲线，电测深ρs—AB/2关系曲线的解释有定性解释和定量解释。根据测区电测深结果，该测区电测深曲线类型以KH型曲线为主，然后确定地层与电性层的对应关系，采用二层量板和辅助量板结合进行定量解释。

4 测试成果分析

4.1 上坝址测试成果

4.1.1上坝址左岸1-1剖面

地表出露岩性为花岗岩，四极电测深所测较完整基岩视电阻率在1400～6000Ω·m。由图3高密度电法反演成果图可知：在剖面桩号0+186—0+195，地面高程1660～1690m范围内存在相对低阻异常区，其视电阻率在14～60Ω·m。综合推测该低阻异常区域为岩性破碎带，岩性破碎带影响范围宽度5～10m，向大桩号方向陡倾。

图3 上坝址左岸1-1剖面高密度电法反演成果图

4.1.2上坝址右岸2-2剖面

地表出露岩性为花岗岩，四极电测深所测较完整基岩视电阻率在1400～3000Ω·m。由图4高密度电法反演成果图可知：在剖面桩号0+280—0+290，地面高程1640m～1680m范围内存在相对低阻异常区，其视电阻率在100～256Ω·m。综合推测该低阻异常区域为岩性破碎带，岩性破碎带影响范围宽度5～10m，向大桩号方向陡倾。

图4 上坝址右岸2-2剖面高密度电法反演成果图

4.2 下坝址测试成果

4.2.1下坝址左岸3-3剖面

地表出露岩性为花岗岩，四极电测深所测较完整基岩视电阻率在1600～5600Ω·m。由图5高密度电法反演成果图、图6ρs断面图可知：在剖面桩号0+200—0+220，地面高程1640～1680m范围内存在相对低阻异常区，其视电阻率在68～241Ω·m。综合推测该低阻异常区域为岩性破碎带，岩性破碎带影响范围宽度10～15m，向小桩号方向陡倾。后经ZK1(剖面桩号0+200处)验证，孔深24～49m岩体破碎，风化强烈。

图5 下坝址左岸3-3剖面高密度电法反演成果图

图6 下坝址左岸3-3剖面桩号0+150—0+265段等ρs断面图

4.2.2下坝址右岸4-4剖面

地表出露岩性为花岗岩，四极电测深所测较完整基岩视电阻率在1300～5800Ω·m。由图7高密度电法反演成果图可知在剖面桩号0+260—0+280，地面高程1650～1690m范围内存在相对低阻异常区，其视电阻率在62～283Ω·m。综合推测该低阻异常区域为岩性破碎带，岩性破碎带影响范围宽度10～15m，向小桩号方向陡倾。

图7 下坝址右岸4-4剖面高密度电法反演成果图

5 结语

上坝址测试剖面地面高程1660～1690m范围内为岩性破碎带，影响宽带5～10m，近NS走，倾向E；下坝址测试剖面地面高程1640～1690m范围内为岩性破碎带，影响宽带10～15m，近NS走，倾向W(具体位置如图8所示)。

图8 推测构造位置示意图

高密度电法结合四极电测深能有效的探测出构造的深度及规模大小，辅与钻孔进行验证，可以较全面的探明区域内构造情况，建议上坝址进行钻孔验证。由于物探测试分辨率受埋深、规模等因素影响，小断层探测难度高；复杂地层物性差异较小时，解释精度受影响。物探测试成果需结合区域地质情况、钻孔、开挖等资料进行综合分析，方能较大提高解释精度。