高密度電法在城市軌道交通工程隱伏斷層探測中的應用

劉 猛 徐健楠 湯斌峰

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司，北京 100053)

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高密度電法在城市軌道交通工程隱伏斷層探測中的應用

劉 猛 徐健楠 湯斌峰

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司，北京 100053)

某市軌道交通2號線一期工程有兩處隱伏斷層與線路相交，在勘察過程中應用高密度電法與鉆探相結合的勘察方法查明了隱伏斷層破碎帶與線路的交匯位置，與區域地質資料中線路相交的兩處斷裂帶相符，對軌道交通工程中隱伏斷層的勘察具有一定的指導意義。

高密度電法 隱伏斷層 勘察 軌道交通

隱伏斷層，即潛伏于地表以下、于地表無出露的斷層。由于其具有很強的隱蔽性，在工程建設中往往對其不夠重視，一旦斷層發生活動，在沒有設防的情況下便會造成嚴重的破壞[1]。如果工程場區深部不存在發震斷層，即使存在淺部斷層，該場區地震危險性及其危害性也不大，一旦工程場區深部存在的發震斷層與淺表斷層具有一定的耦合關系，此時不但存在地震危險性，且地震造成的危害也很大[2]，若斷層不具有活動性，但由于斷裂帶內巖體破碎，地下水發育，對工程建設也有一定的影響。高密度電法探測手段是一種在技術上有較大進步的方法[3]，在隱伏斷層的探測方面有其獨特的優點[4]，可以快速、有效判定隱伏斷層的位置[5，6]，可為斷層的活動性和地震危險性提供一些依據[7]。

1 高密度電法原理及儀器選擇

高密度電法測量系統：按照不同的地層視電阻率參數的差異，按其視電阻率值的高低及分布形態來區分巖性，發現破碎帶，推測有用的地質目標[8]。通過A、B電極向地下供入電流I，然后在M、N極間測量電位差ΔV，根據歐姆定律可求得測點視電阻率值ρs=K·ΔV/I(如圖1所示)。根據實測的視電阻率數據，進行反演計算、分析，便可獲得地下不同地質體的電阻率分布情況，進而推測不同地質體賦存位置，具有對地質構造分辨率高的優點[9]。

圖1 電阻率探測原理

本次探測工作使用儀器為重慶奔騰數控技術研究所生產的WGMD-3A型高密度電法勘探系統，采用參數為：點距3 m，120個電極，排列長360 m，采用施倫貝爾裝置。

2 隱伏斷層的探測及分析

某市軌道交通2號線一期工程沿線總體地形地貌為長江二級階地和山前傾斜平原，地形較平坦開闊，有兩處隱伏斷層與線路相交。根據區域地質資料，查明與2號線一期工程相交的兩條斷層為：(1)F1斷層為推覆斷層，長約25 km，總體走向20°，傾向110°，傾角5°～20°，覆體主要由二疊系-三疊系地層組成的背斜疊覆于白堊系之上，出現三疊系下統灰巖的“飛來峰”，巖石擠壓破碎。線路在CK9+100附近與其相交。(2)F2斷層為逆斷層，長約23 km，走向90°，傾向180°，傾角63°，北盤下降，南盤上升，在巖體出露處可見斷層破碎帶。該斷層形成于燕山早期，至喜馬拉雅早期仍有活動，線路在CK14+250附近與其相交。在勘察過程中，采用高密度電法與鉆探相結合的綜合方法，通過不同勘察手段的相互印證[10]，探測隱伏斷層的準確位置、斷層帶寬度及延伸，斷層帶巖體的破碎程度、富水狀況，對評價斷層對軌道交通工程產生的影響具有重要作用。

根據軌道交通2號線一期工程巖土工程初步勘察的成果資料，場地主要巖土層如下所述。

(1)CK0+000～K9+270段：長江二級階地，地形較平坦。上覆第四系全新統填筑土，沿線均有分布，厚1.5～5.8 m。第四系全新統沖洪積淤泥質粉質黏土、粉土、粉質黏土、粉砂、細砂和中砂，厚度約35～40 m，基底為圓礫土、卵石土、泥質砂巖和凝灰巖。沿線地下水位埋深約0.2～4.5 m。

(2)CK9+270～CK15+733.08段：山前傾斜平原，地形略有起伏。上覆第四系全新統填筑土，沿線均有分布，厚1.0～6.8 m；第四系全新統沖洪積粉質黏土、粉土、粉質黏土、粉砂，厚度約10～30 m，基底為泥質砂巖、凝灰巖和礫巖。沿線地下水位埋深約1.1～4.0 m。

圖2 CK8+972～CK9+272段工程地質縱斷面

圖3 CK14+577～CK14+958段工程地質縱斷面

初勘鉆探過程中分別于線路里程CK8+972～CK9+272和CK14+577～CK14+958處揭示疑似斷層破碎帶(如圖2和圖3所示)，由圖2可知，鉆孔M2CZ-66揭示的地層巖性為侏羅紀上統全風化凝灰巖、強風化凝灰巖，基巖面深度約為25 m，相鄰鉆孔M2CZ-65-1揭示地層巖性為白堊系上統強風化泥質砂巖、中風化泥質砂巖，基巖面深度約為26 m；由圖3可知，鉆孔M2CZ-13揭示的地層巖性為侏羅紀上統全風化凝灰巖、強風化凝灰巖，基巖面深度約為18 m，相鄰鉆孔M2CZ-12-1揭示地層巖性為白堊系上統強風化泥質砂巖、中風化泥質砂巖，基巖面深度約為18 m。初步推斷兩條隱伏斷層分別于線路里程CK8+972～CK9+272和CK14+577～CK14+958處相交。為了進一步探查兩處隱伏斷層的準確位置、斷層帶寬度及延伸，于CK8+972～CK9+272和CK14+577～CK14+958處各布設一條高密度電法測線Ⅰ-Ⅰ′與Ⅱ-Ⅱ′(測線布置如圖4與圖5所示)， 并得出兩條測線的高密度斷面圖及其推斷圖(如圖6與圖7所示)。

圖4 測線Ⅰ-Ⅰ′布置示意

圖5 測線Ⅱ-Ⅱ′布置示意

圖6 測線Ⅰ-Ⅰ′高密度斷面圖及推斷

圖7 測線Ⅱ-Ⅱ′高密度斷面圖及推斷

根據鉆孔資料，并結合高密度電阻率值反演剖面異常位置的地質解譯進行分析[11]，從圖6中測線Ⅰ-Ⅰ′的高密度電法斷面可知，上部視電阻率值較低，為綠化帶松軟的泥土引起；中部深度10～40 m之間視電阻率較高，為硬塑黏土層及風化巖土層反映；下部深度40～80 m存在低視電阻率閉合圈，為破碎地層的反映，推測為破碎帶發育區域。結合區域地質資料，推斷為F1斷層，位置位于CK9+072～CK9+252之間，斷層帶寬約180 m，斷層不具有活動性，巖體破碎，富含地下水。

從圖7中測線Ⅱ-Ⅱ′的高密度電法斷面可知，上部視電阻率值較低，為綠化帶松軟的泥土引起；下部視電阻率值連續性較差，且具有較陡的高低視電阻率界面，結合圖3中相鄰鉆孔所揭示的不同地層巖性可知，較陡的高低視電阻率界面為侏羅紀上統凝灰巖與白堊系上統泥質砂巖的巖性界面，且表現為凝灰巖上覆泥質砂巖，因此推斷該處為一逆斷層，位于CK14+760～CK14+890之間，斷層帶寬約120 m，斷層不具有活動性，巖體破碎，富含地下水，與區域地質資料中F2逆斷層相吻合。

3 結束語

在某市軌道交通2號線一期工程場地的隱伏斷層探測過程中，運用高密度電法的物探手段，結合鉆探方法，對隱伏斷層破碎帶的準確位置、斷層帶寬度以及延伸，斷層帶巖體的破碎程度以及富水狀況進行了探測。高密度電法成果剖面直觀，可形象地反映出所探測體的電性分布形態和結構特征，推測解釋斷層，可以作為線路不良地質或構造勘察的有效方法[12]。

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[3] 鄧起東，徐錫偉，張先康，等.城市活動斷裂探測的方法和技術[J].地學前緣，2003(1)：93-104

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[5] 何正勤，葉太蘭，丁志峰，等.城市活斷層探測中的淺層地震勘探方法[J].國際地震動態，2001(3)：1-6

[6] 劉保金，張先康，方盛明，等.城市活斷層探測的高分辨率淺層地震數據采集技術[J].地震地質，2002(4)：524-532

[7] 葛鳴，邢立杰，羅福忠，等.高密度電法在和田隱伏斷層探測中的應用[J].中國煤炭地質，2014(12)：62-65

[8] 任杰，李文軍.高密度電法尋找隱伏構造破碎帶應用效果的分析[J].甘肅地質，2009(2)：82-86，91

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[10]徐帥陵，劉曉忠.綜合勘察技術在鄱陽湖湖口定向鉆穿越中的應用[J].鐵道勘察，2010(1)：43-46

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[12]湯浩，包勛.高密度電法在海口市南渡江引(調)水工程隱伏斷層探測的應用[J].人民珠江，2012(5)：88-90

Application of High Density Electrical Method in Concealed Fault Prospecting in Urban Rail Transit Project

LIU Meng XU Jiannan TANG Binfeng

2016-07-13

劉 猛(1991—)，男，2015年畢業于中南大學地質工程專業，工學碩士，助理工程師。

1672-7479(2016)05-0078-03

P631.3

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