高密度電法及瞬變電磁法在烏魯木齊市高鐵站活斷層勘察中的應(yīng)用

1、<p>　　高密度電法及瞬變電磁法在烏魯木齊市高鐵站活斷層勘察中的應(yīng)用</p><p>　　摘要：區(qū)域地質(zhì)資料顯示烏魯木齊市高鐵站附近有活斷層通過(guò)，為查明活斷層的具體位置及分布范圍，本次工作開(kāi)展了國(guó)內(nèi)外比較成熟的高密度電法及瞬變電磁法，達(dá)到了預(yù)期的勘察效果。為高鐵站勘察設(shè)計(jì)提供可靠的依據(jù)，同時(shí)也為今后高密度電法、瞬變電磁法在活斷層勘察及城市干擾條件下工作提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。 </p><

2、;p>　　關(guān)鍵詞：高密度電法；瞬變電磁法；活斷層；城市干擾 </p><p>　　中圖分類號(hào)：O441 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A </p><p><b>　　引言 </b></p><p>　　活斷層是晚更新世(12.5萬(wàn)年)以來(lái),有證據(jù)顯示活動(dòng)過(guò),而未來(lái)有可能再度活動(dòng)的斷層。大量研究表明絕大多數(shù)強(qiáng)震震中分布于活斷層帶內(nèi)，因此在城市勘察中查明活

3、斷層的具體位置及分布范圍對(duì)城市工程建設(shè)具有非常重要的意義。由活斷層的定義可知，斷層帶往往延伸至第四系地層中。由于第四紀(jì)沉積物具有受人類活動(dòng)影響大、巖性松散、成因多樣、厚度差異大等特點(diǎn)，所以第四系地層物性結(jié)構(gòu)復(fù)雜，物性差異不明顯。高鐵站活斷層分布于西山隆起東北側(cè)中更新世冰水臺(tái)地上，地表出露中更新統(tǒng)(Q2)、上更新統(tǒng)(Q3)及全新統(tǒng)(Q4)礫石層，下伏地層為第三系泥巖及砂巖。由于第四系礫石層結(jié)構(gòu)松散，導(dǎo)致第四系地層中的活斷層破碎帶與圍巖的物

4、性差異不明顯，進(jìn)而使得在電性異常上難以分辨。為達(dá)到勘察的目的，在工作方法上，采用高密度電法及瞬變電磁法，在解釋方法上，結(jié)合地質(zhì)資料，通過(guò)深部斷層帶異常向地表延伸的方法查找第四系斷層破碎帶與圍巖的電阻率異常反應(yīng)。綜合采集到的數(shù)據(jù)及資料，我們對(duì)烏魯木齊高鐵站活斷層進(jìn)行了綜合解釋，取得了較為理想的效果，為今后活斷層勘察提供了可行的方法。 </p><p>　　地質(zhì)概況及地球物理特性 </p><p&

5、gt;<b>　　地質(zhì)概況 </b></p><p>　　測(cè)區(qū)為山前丘陵區(qū)，主要為第四系人工填土、圓礫土、白堊系及下第三系泥巖、砂巖、礫巖，覆蓋層厚度不均，基巖部分地段出露。九家灣活斷層組(f5)分布于西山隆起東北側(cè)中更新世冰水臺(tái)地上，主要由4~5條走向NE，大體等間距平行排列的一組正斷層構(gòu)成，每條正斷層表現(xiàn)為地塹構(gòu)造，地貌上形成斷層溝槽，航空和衛(wèi)星影像顯示清楚。這五條斷層由北而南依次稱為f

6、5-1、f5-2、f5-3、f5-4、 f5-5。根據(jù)任務(wù)要求我們主要對(duì)f5-3斷層開(kāi)展物探工作。測(cè)區(qū)內(nèi)f5-3斷層由于受人工改造，現(xiàn)在斷層地貌已不明顯。 </p><p><b>　　地球物理特性 </b></p><p>　　第四系地層和下伏基巖，以及斷層破碎帶和圍巖具有不同的性狀，這些不 </p><p>　　同的性狀必然在物性（如電性）

7、上有所反映。根據(jù)第四系地層和下伏基巖，以及斷層破碎帶和圍巖所反映的不同物性（電性）特征，就可大致將不同物性的地質(zhì)體區(qū)分開(kāi)來(lái)。斷層破碎帶裂隙發(fā)育、巖性破碎，在含水的情況下，往往形成明顯的低阻異常帶。此外斷層兩側(cè)地層錯(cuò)動(dòng)，導(dǎo)致地層不連續(xù)，在物性（電性）反應(yīng)上也會(huì)存在錯(cuò)斷及不連續(xù)現(xiàn)象。通過(guò)分析斷層可能的物性特征就為我們解釋提供依據(jù)。 </p><p><b>　　工作方法及原理 </b></

8、p><p>　　外業(yè)作業(yè)時(shí)，由于城市振動(dòng)干擾強(qiáng)，震源能量無(wú)法滿足，故未開(kāi)展地震法，主要開(kāi)展了目前效果較好，分辨率較高的高密度電法，并在電磁干擾較弱的地段開(kāi)展了瞬變電磁法。 </p><p>　　2.1、高密度電法工作方法及原理 </p><p>　　高密度電法是以巖土體導(dǎo)電性差異為物理基礎(chǔ)的一種勘探方法，通過(guò)研究人工電場(chǎng)作用下介質(zhì)傳導(dǎo)電流的分布規(guī)律，探測(cè)一定深度范圍內(nèi)不

9、同電性地質(zhì)體引起的異常特征，從而達(dá)到地質(zhì)解釋的目的。實(shí)際工作中電極一次性布設(shè)60跟電極，電極間距為10m，采集方式為溫納裝置方式，該裝置方式在垂向方向上有較高的分辨率，能更為準(zhǔn)確的反應(yīng)不同地層電阻率隨深度的變化規(guī)律。 </p><p>　　2.2、瞬變電磁法工作方法及原理 </p><p>　　瞬變電磁法的主要理論依據(jù)就是電磁感應(yīng)定律，是電磁感應(yīng)法的一組分支勘探方法；他是以地下介質(zhì)與目標(biāo)體

10、的導(dǎo)電性和導(dǎo)磁性差異為主要物質(zhì)基礎(chǔ)，根據(jù)電磁感應(yīng)原理觀測(cè)和研究電磁場(chǎng)空間與時(shí)間分布規(guī)律，從而解決地質(zhì)問(wèn)題的一種勘探方法。瞬變電磁對(duì)高壓線、地面鐵磁性物體、工業(yè)游散電流等干擾反應(yīng)比較敏感，故野外施工時(shí)要盡量避開(kāi)干擾源。為有效減小干擾，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件，此次瞬變電磁數(shù)據(jù)采集方式我們選用大定源裝置，回線內(nèi)接收，選定發(fā)射線框?yàn)?00m*300m 單匝矩形回線，發(fā)射頻率為4HZ，測(cè)點(diǎn)間距為10m。 </p><p><

11、;b>　　資料處理及解釋 </b></p><p>　　根據(jù)任務(wù)要求并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況，本次工作布設(shè)兩條高密度斷面： GMD-1、 </p><p>　　GMD-2，長(zhǎng)2400m；一條瞬變電磁斷面：TEM-1，長(zhǎng)600m。布置測(cè)線區(qū)域地形較平坦，電極接地條件良好，瞬變電磁測(cè)線附近無(wú)強(qiáng)電磁、及金屬干擾。工區(qū)布 </p><p><b>　　

12、置圖如圖1。 </b></p><p>　　圖1工區(qū)物探測(cè)線布置圖 </p><p>　?。ㄗⅲ杭t線為物探測(cè)線，粉線為斷層帶邊界） </p><p>　　將采集到的高密度電法及瞬變電磁法的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換、拼接、校正，最后進(jìn)行反演，得到電阻率模型圖。圖2、圖3分別為測(cè)線GMD-1、測(cè)線GMD-2視電阻率反演成果圖。 </p><p>

13、　　圖2 測(cè)線GMD-1視電阻率反演成果圖 </p><p>　　圖3 測(cè)線GMD-2視電阻率反演成果圖 </p><p>　　由高密度視電阻率反演成果可以看出，測(cè)區(qū)表層電阻率較高，電阻率為50—600歐姆.米，厚度1—60米；測(cè)區(qū)深部電阻率較低，電阻率為5—250歐姆.米。結(jié)合附近鉆孔資料及地質(zhì)資料可知，表層為第四系碎石類土，下伏地層為第三系泥巖及砂巖，高密度電法所測(cè)的物性參數(shù)與實(shí)際地層

14、的物性參數(shù)基本吻合，證明高密度電法工作在該工點(diǎn)取得了較理想的效果。測(cè)線GMD-1，330m~500m及測(cè)線GMD-2，260m~450m電阻率在垂向上分布均勻，但水平方向上表現(xiàn)出電性梯度帶，梯度帶左右電阻率分布厚度明顯發(fā)生變化。由此推斷該梯度帶為F5-3斷層通過(guò)位置。GMD-1測(cè)線電性梯度帶表層第四系地層在420m~450m有不明顯的錯(cuò)動(dòng)現(xiàn)象；GMD-2測(cè)線320m~450m,表層第四系地層電性在水平方向分布不連續(xù)，局部反應(yīng)為弱低阻異常

15、（測(cè)區(qū)水位較深，鉆孔揭露第四系地層中未見(jiàn)水，斷層破碎帶中沒(méi)有水，所以第四系斷層帶與圍巖之間的電性異常反應(yīng)并不明顯）。由此推斷該斷層為活動(dòng)斷層。為進(jìn)一步驗(yàn)證斷層位置，我們?cè)跍y(cè)線GMD-1、測(cè)線GMD-2中間布置一條瞬變電磁斷面TEM-1。圖4為測(cè)線TEM-1視電阻率反演成果圖。 </p><p>　　圖4 測(cè)線TEM-1視電阻率反演成果圖 </p><p>　　由圖4可知，瞬變電磁反演成果圖

16、與高密度電法反演成果圖，在測(cè)區(qū)整體電性反應(yīng)上基本一致，都表現(xiàn)為表層地層電阻率高，下伏地層電阻率低；測(cè)線TEM-1，200m~400m處也表現(xiàn)出較明顯的電性梯度帶。高密度電法和瞬變電磁法相互驗(yàn)證，最終確定斷層位置及分布范圍（斷層帶分布位置見(jiàn)圖1）。 </p><p><b>　　結(jié)語(yǔ) </b></p><p>　　城市工程物探受城市干擾、場(chǎng)地限制等多方面因素的影響，導(dǎo)致

17、采集到的數(shù)據(jù)不理想，很難去除干擾，所以在實(shí)際工作中要結(jié)合多種物探方法，采用抗干擾能力較強(qiáng)的裝置，并結(jié)合地質(zhì)資料綜合解釋。第四系地層中的活斷層的電性差異與圍巖很難區(qū)分，這就需要結(jié)合深部地層的電性異常逐步分析尋找。此次物探工作取得了較理想的成果，為高鐵站勘察設(shè)計(jì)提供依據(jù)，同時(shí)也為今后開(kāi)展類似的工作提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><

18、;p>　　劉國(guó)興.電法勘探原理與方法【M】.北京地質(zhì)出版社，2005. </p><p>　　鄧起東.城市活動(dòng)斷裂探測(cè)和地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)問(wèn)題【J】.地震地質(zhì)，2002,24（4）:601~605. </p><p>　　白登海，王立鳳，孫杰，等.福州八一水庫(kù)-尚干斷裂的高密度電法和瞬變電磁法實(shí)驗(yàn)探測(cè)【J】.地震地質(zhì)，2002,24（4）557~564. </p><