高密度電法在探測隱伏斷裂中的應用

劉艷春 高樹義 莊明芳

(山西省地震局，山西 太原 030021)

高密度電法在探測隱伏斷裂中的應用

劉艷春 高樹義 莊明芳

(山西省地震局，山西 太原 030021)

應用高密度電法對長治盆地的文王山地壘南側斷裂進行了探測，結合周圍鉆孔地層資料進行了地質解譯，并根據電阻率曲線異常特征揭示了該斷裂的空間位置和相關地質參數，說明高密度電法探測技術在隱伏斷裂探測中具有廣闊應用前景。

高密度電法，斷裂，隱伏斷裂探測

0 引言

隱伏斷裂是在地表無顯示或出露不明顯而潛伏在地表以下的斷裂[1-4]。研究表明，運用高密度電法層析成像技術，可以探測斷裂的空間位置及相關地質參數，從而使重要設施有效地避開隱伏斷層，最大程度減輕地震災害[5]。

為了進一步研究高密度電法在隱伏斷裂探測中的應用，我們在潞城縣北部天脊集團乙醇項目場地西側布設了2條高密度電法測線，對文王山地壘南側斷裂進行高密度電法探測，并結合鉆孔地層資料對斷裂大致走向、上棱埋深、活動時代等進行了綜合研究。

1 文王山地壘南側斷裂概況

文王山地壘南側斷裂位于長治盆地北緣文王山地壘南側，為長治拗陷盆地文王山凸起和屯留拗陷的分界斷裂(見圖1)。野外調查表明，文王山地壘南側發育早、中、晚更新世地層，直接覆于文王山前緣。水文地質資料查明，斷層走向NEE70°～80°，傾向SE，傾角70°，垂直斷距230 m～400 m，為一條隱伏的張性正斷層。經野外地質調查，該斷裂錯斷第四紀早更新世地層，第四紀中更新世地層未見錯斷，表明該斷裂為早更新世斷裂。

2 高密度電法探測系統

高密度電法的物理前提是地下介質間的導電性差異[6]。野外工作時，首先沿剖面按一定間距一次性布好多根電極，觀測時，儀器可按照特定的裝置方式接通電極，依次測量剖面上不同位置、不同深度的視電阻率值，從而獲得一條完整的二維視電阻率剖面。根據實測的視電阻率剖面，進行計算、處理、分析，便可獲得地層中的電阻率分布情況，從而可以劃分地層、圈閉異常等。

根據探測要求，我們采用重慶奔騰數控技術研究所生產的WDJD-1多功能數字直流激電儀和WDZJ-1多路電極轉換器所構成的WGMD-1高密度電阻率測量系統。數據采集后，應用RES2D軟件對數據進行處理，根據得到的反映地下不同性質介質及斷裂的產狀和深度的二維地電斷面圖進行合理的地質解釋[7]。

3 探測結果處理及解釋

3.1 探測方案及測線布置原則

探測過程中考慮到測量深度及儀器分辨率、場地條件等問題，我們采用了溫納測量裝置，電極距5 m。由現有資料知，工程場地通過的文王山地壘南側斷裂為NEE向，因此，我們在NW方向共布設了2條測線來控制該斷層。測線布設見圖1，測線參數見表1。

表1 高密度電法測線數據表

3.2 探測結果分析與解釋

從剖面整體上看，電阻率值變化較大，這主要是由于工作區涉及黃土丘陵及基巖山地，不同的地貌單元，場地物性介質變化較大。根據地質調查及周圍鉆孔揭露，場地地表松散層由第四系中更新統及下更新統組成，場地地層相變不大，基底地層由古生界二疊系、石炭系及奧陶系地層組成，二疊系、石炭系巖性以砂巖、泥巖為主，奧陶系主要以灰巖為主。根據對比上述地層的電阻率值范圍大致如下：

第四系下、中更新統粉質粘土、粘土：電阻率值在6.74 Ω·m～144.0 Ω·m之間變化。

二疊系、石炭系砂巖、粉砂巖、泥巖：電阻率值在48.9 Ω·m～909.0 Ω·m之間變化。

奧陶系灰巖：電阻率值在1 000 Ω·m～9 211.0 Ω·m之間變化。

下面對兩個電阻率CT剖面的具體特征做一分析。

1)剖面A—A′。

從已了解的地質情況看，該剖面頂部為第四系松散地層，從圖2可以看出，電阻率值在垂直方向上大致可以分為兩層：

第一層電性層深度在1.5 m～30 m左右，該層電阻率值為相對低阻值區，該電性層的厚度變化較大，水平方向分布不均勻，在測線800 m左右該電性層的厚度發生較大變化。據鉆孔揭露及地質調查，該層主要是由粉質粘土及粘土層組成。由剖面可見北西部該層厚度較薄，僅為1.5 m～7 m左右。東南部該層厚度可達30 m左右。該層的電阻率在7.38 Ω·m～40 Ω·m之間變化，電阻率曲線穩定連續，第四紀中更新世粉質粘土層未見錯斷跡象。

第二層電性層深度在7 m～50.5 m之間，該層電阻率值為相對高阻值區，電阻率值曲線呈向南傾斜的舒緩波狀，這與場地地層為基巖相對應。該物性層在高阻值的背景下，又分為兩部分，在剖面測線0 m～800 m段，電阻率在93.2 Ω·m～842 Ω·m區間變化，阻值相對較低。在剖面測線800 m～1 050 m段，為連續的高阻值，該層的電阻率在1 178 Ω·m～4 310 Ω·m區間變化，電阻率阻值發生突變，顯示物性介質發生突變，且電阻率曲線由舒緩波狀變為近于直立。根據電阻率值數值特征，推測在剖面測線0 m～800 m段為石炭、二疊系的砂巖、泥巖。在剖面測線800 m～1 050 m段，為連續的高阻值，所對應的基巖地層為奧陶系灰巖。

推斷該處異常現象的出現與斷層有關，根據已有資料顯示，文王山地壘南側斷裂由附近通過，由此可以推測在A—A′測線800 m處電阻值異常變化是文王山地壘南側斷裂引起的，根據電阻率曲線異常特征，推斷斷層異常帶寬150 m左右。

由圖3(電阻率CT地質解譯圖)可見，剖面中文王山地壘南側斷裂錯斷了基巖地層，推測上盤地層為奧陶系灰巖、石炭系鋁質泥巖，由電阻率曲線呈舒緩波狀的特征可以看出，近斷面處奧陶系地層拖曳現象明顯，地層傾向南，視傾角在55°～70°之間，推測破碎帶上窄下寬，破碎帶寬度150 m左右。由于斷裂的原因，以測線800 m處為界，測線南部的新生界松散層的厚度達30 m左右，而測線北部新生界松散層僅為數米。

綜上所述：文王山地壘南側斷裂由測線A—A′ 800 m處通過，斷裂上棱埋深約10 m，該斷裂未錯斷上覆第四系中更新統粉質粘土。

2)剖面B—B′。

該測線是剖面A—A′的補充驗證測線。從圖4可以看出，電阻率值在垂直方向上大致可以分為兩層：

第一層電性層深度在1.3 m～15 m左右，該層電阻率值為相對低阻值區，該電性層的厚度變化較大，水平方向分布不均勻，在測線140 m左右該電性層的厚度發生較大變化。據地質調查，該層主要由粉質粘土及粘土層組成。由剖面可見測線北部該層厚度較薄，僅為1.3 m～5 m左右。測線南部該層厚度可達15 m左右。該層的電阻率在9.03 Ω·m～144 Ω·m之間變化，電阻率曲線穩定連續，結合場地地質調查(見圖4)，第四紀中更新世粉質粘土層未見錯斷跡象。

第二層電性層深度在5 m～50.5 m左右，該層電阻率值為相對高阻值區，電阻率值曲線呈向南傾斜的舒緩波狀，這與場地地層為基巖相對應。該物性層在高阻值的背景下，又分為兩部分，在剖面測線140 m～300 m段，電阻率在361.0 Ω·m～909 Ω·m區間變化，阻值相對較低。在剖面測線0 m～140 m段，為連續的高阻值，該層的電阻率在2 285 Ω·m～9 000 Ω·m區間變化，電阻率值發生突變，顯示物性介質發生突變，且電阻率曲線由舒緩波狀變為近于直立。根據電阻率值數值特征，推測在剖面測線140 m～300 m段為奧陶系灰巖破碎帶。在剖面測線0 m～140 m段，為連續的高阻值，所對應的基巖地層為奧陶系灰巖。

測線140 m處異常值的位置與測線A—A′ 800 m處值異常基本在同一走向上。推斷該處異常現象的出現與文王山地壘南側斷裂有關，由此可以推測在B—B′測線140 m處阻值異常變化是文王山地壘南側斷裂引起的。

由圖5(電阻率CT地質解譯圖)可見，剖面中文王山地壘南側斷裂錯斷了奧陶系基巖地層，視傾角在60°～70°之間。由于斷裂的存在，以測線140 m處為界，測線南部的新生界松散層的厚度達15 m左右，而測線北部新生界松散層僅為數米。

綜上所述：文王山地壘南側斷裂由測線140 m處通過，斷裂上棱埋深約7 m，該斷裂未錯斷上覆第四系中更新統粉質粘土。

4 結語

電阻率CT剖面及地震地質調查認為，場地上部松散地層為第四系中更新統及下更新統，巖性以粉質粉土、粘土為主，中更新統以粉質粘土為主，下更新統以粘土為主。在剖面A—A′測線800 m處為電阻率異常，剖面B—B′測線140 m處為電阻率異常，該兩處異常是由于文王山地壘南側斷裂造成，確定該斷裂走向為NEE75°，斷裂破碎帶寬度約150 m，斷裂上棱埋深約7 m～10 m。斷裂未錯斷上覆第四系中更新統粉質粘土，為早更新世斷裂。

[1] 李自紅，陳 文，曾金艷.超長電磁波法在隱伏斷裂探測中的應用[J].山西地震，2009(1):21-24.

[2] 程 邈，傅焰林.高密度電法在查明隱伏斷裂中的應用[J].工程地球物理學報，2011，8(4)：417- 420.

[3] 李自紅，劉鴻福，張 敏，等.地震與活動斷裂空間關系的三維可視化建模[J].地震地質，2013,35(3):565-575.

[4] 李自紅，劉保金，袁洪克，等.臨汾盆地地殼精細結構和構造—地震反射剖面結果[J].地球物理學報，2014(5):1487-1497.

[5] 杜 良，葛 寶.綜合物探技術在隱伏斷層探測中的研究與應用[J].工程勘察，2012(1)：81-85.

[6] 楊金山，張立忱.高密度電法在近場區斷層探測中的應用[J].東北地震研究，2007，23(4)：47-51.

[7] 呂玉增，阮百堯.高密度電法工作中的幾個問題研究[J].工程地球物理學報，2005，2(4)：264-268.

Application of high-density resistivity method on detecting buried fault

LIU Yan-chun GAO Shu-yi ZHUANG Ming-fang

(SeismologicalBureauofShanxiProvince,Taiyuan030021，China)

In this paper, the high-density resistivity method is used for detecting Wenwangshan mountain forst southern fault in Changzhi basin, the geological interpretation is done combined with the drilling strata data around. Apparent resistivity anomaly profile reveals the spatial location of the fault and associated geological parameters, which indicate that high-density resistivity method has a broad application prospect in detecting buried faults.

high-density resistivity method, fault, detecting buried fault

1009-6825(2014)30-0089-03

2014-08-16

劉艷春(1981- )，女，碩士，工程師； 高樹義(1963- )，男，工程師； 莊明芳(1963- )，女，助理工程師

TU412

A