特高壓線路工程活動斷層探查及處理措施

宋志遠，婁鳳強，王承林，田秀軍，臧先剛

（1.中國能源建設集團江蘇省電力設計院有限公司，江蘇 南京 210024；2.國網山東省電力公司建設公司，山東 濟南 250001；3.國網山東省電力公司臨朐縣供電公司，山東 濰坊 262600；4.國網山東省電力公司壽光市供電公司，山東 濰坊 262700；5.國網山東省電力公司青島供電公司，山東 青島 266002）

0 引言

斷裂構造是指巖層受構造運動的作用，當所受的構造應力超過其破裂強度時，巖石或巖塊失去連續性而產生斷裂的地質構造，其主要類型為斷層和節理。從引起斷裂的地質應力方面看，斷層的應力遠遠大于節理。從發生的巖體裂隙寬度、規模來看，也是斷層遠大于節理，因此斷層構造對工程的影響要遠大于節理。活動斷層一般指的是第四紀全新世以來有活動性的斷層，會嚴重危害到工程的安全。

工程設計中均需要根據工程等級對活動斷層進行一定的避讓措施。特高壓線路工程為國家重點投資建設的項目，工程規模較大，重要性等級高，根據相關規范，需要避開8度地震區的活動斷裂。因此，特高壓工程勘察中必須查明活斷層的分布狀況，包括斷層走向、破碎帶寬度等。

活動斷裂勘探可采用的方法有很多，比如地質雷達、高密度電法、電磁成像、遙感、土壤氡測試、淺層地震勘探、微動探測和鉆探等［1-2］。從經濟性、效率和準確性綜合來看，高密度電阻率法在探測斷層規模、走向、性狀方面等具有很好的應用效果。高密度電阻率法是20世紀80年代新推出的一種電法勘探新手段。其原理與常規電阻率法基本相同［3］，但其相對于傳統的常規電法而言，有其設計、技術實施上的優勢，高密度電法的觀測系統采用高端集成電路和自動控制系統，同時使用自由組合度極高的電極，這樣能大幅度提高其作業效率，降低成本。同時，可獲取更多的地電數據和信息，從而使電法勘探也能使用覆蓋式的測量方式，達到了同地震勘探一樣的測量水平。綜上而言，高密度電阻率法比常規電阻率法的單點移動測量方式更加準確、方便、高效［4］。

1 工程路徑條件

根據工程地質報告，特高壓線路工程路徑在山東省莒縣小店鎮附近與郯廬大斷裂帶中的安丘—莒縣活動斷裂近正交跨越，如圖1所示。

圖1 線路路徑示意圖

安丘—莒縣斷裂是沂沭斷裂帶東地塹內的一條斷裂，總體走向 10°～25°，傾向西北或東南，傾角 25°～80°。斷裂性質為逆斷右走滑，在山東境內長度約360 km。根據有關資料，該斷裂為一超殼斷裂，是現代活動最為強烈、對沿沂沭斷裂帶的差異運動造成最大影響的斷裂。它幾乎全部發育在白堊系地層中，沿這條斷裂發現了1668年郯城8.5級大地震的地震斷裂及若干古地震遺跡。該斷裂由一系列斷續出現的幾十公里長的斷裂段斜列組成。斷裂出露地段控制隆起與平原的分界，多處見到晚白堊世地層逆沖到晚更新世或全新世沉積無之上，形成高度不等的陡坎，并右旋錯斷沖溝、水系。在斷續出露的斷裂段中，其銜接部位多為局部坳陷或拉分盆地，如莒縣斷陷盆地、板泉拉分盆地等。該斷裂為1668年8.5級地震的發震斷裂，屬全新世（Q4）強烈活動斷裂［5］。

2 工程探測及驗證

2.1 高密度電法工作原理

高密度電法屬于地球物理勘探方法的一種，就其工作原理而言，其與常規電阻率法基本相同，不同之處在于其在觀測時布置高密度觀測點，即陣列點勘探方法。它也是以巖土體的電性差異為工作切入點，通過觀測、分析、研究大地地中穩定的電流場分布規律，解決工程地質、水文地質和環境巖土工程問題。高密度電法工作原理如圖2所示。

圖2 高密度電法工作原理示意

由于地下介質不同而導致電性存在差異，當采用高密度電法向地下輸入特定電壓、電流的直流電時，被勘探體出現電壓、電流異常，采集這些異常電信號數據，再經過數據反演得到被勘探體內部電阻率分布特性，進而分析研究地下不同介質的分布情況。在野外進行高密度電法工作時，可以一次性將使用的所有電極以最小極距布置（當所需電極數大于所有電極數時可采用滾動測量方式）。通過普通高密度多芯專用電纜連接到多路電極轉換器上，由轉換器將測量信號輸送至高密度電法儀或采用分布式專用電纜直接連接高密度電法儀。在數據處理時，將測量數據導入計算機中，再利用專業數據分析處理軟件對原始數據進行處理、分析。目前數據處理及成像技術越來越成熟，數據處理結果可根據需要繪制成各種曲線圖或反演成果圖等各種圖件，能直觀、清晰地顯示出地下巖土介質的某些特性。高密度電法的測量裝置與常規電阻率法的相同，例如對稱四極、偶極—偶極、聯合剖面等裝置。目前應用較多的是對稱四極裝置（也稱斯倫貝謝爾觀測裝置）。實際工作時裝置的選擇可根據不同的探測目的和被探測體的性質而選擇適用的裝置。

2.2 探測方法

2.2.1 設備及測線布置

勘探使用DUK-2A高密度電法測量系統，如圖3所示。

圖3 DUK-2A高密度電法測量系統

測線布置前，先進行野外地質考察，對11個地質點 D1～D11 進行考察［7］，其中 D1、D3、D4、D6、D7、D9斷層破碎帶發育明顯，D5、D10斷層活動性較差，D2、D8、D11未發現明顯的斷層破碎帶。在初步掌握了斷層帶的走向和規模的情況下共布設2條測線，點距均為3m，測線編號為Ⅰ、測線Ⅱ，2條測線總長度990m，引用《莒縣小店鎮中心小學場址地震斷層探測報告》中1條測線，點距為5m，測線編號為A，長度為1 160m。測線布置示意如圖4所示。

圖4 高密度電法測線布置

圖5 Ⅰ測線電法測量和計算視電阻率斷面、反演圖

圖6 Ⅱ測線電法測量和計算視電阻率斷面、反演圖

圖7 A測線電法測量和計算視電阻率斷面、反演圖

2.2.2 探測結果

經分析處理得到3條測線剖面，如圖5～7所示。

Ⅰ測線。測線布置于場地南部，電極主要布設于路邊土地里，地面土層堅硬，整條測線電極接地情況良好，接地電阻一般在20～55Ω，整體范圍為10～96Ω。整條測線地形較平坦，根據實際需求布設長度450m。分析實測視電阻率斷面圖與反演真電阻率斷面圖，測線140m處附近，斷面圖等值線異常，兩側實測電阻率值明顯差異變化，多條等值線呈平行直立狀，結合地質資料，推測該處為斷裂通過位置，該點對應地面坐標為（118.78055°E，35.38259°N）。

Ⅱ測線。測線布置于場地河南村村東，電極主要布設于水泥路邊土地里，整條測線電極接地情況良好，接地電阻一般在20～60Ω，整體范圍為5～120Ω。整條測線地形比較平坦，根據實際需求布設長度540m。分析實測視電阻率斷面圖與反演真電阻率斷面圖，測線380～430m有明顯淺層低阻區，結合實際情況，該處為舊河道，含水量較大所造成；測線240m處附近，斷面圖等值線異常且伴隨電阻率值明顯變化，綜合地質資料，推測該處為斷裂通過位置，該點對應地面坐標為（118.78660°E，35.39586°N）。

測線A電極設在田間土路，整條測線電極接地情況良好，接地電阻一般在60～150Ω，整體范圍為23～195Ω。整條測線地形比較平坦，根據場地情況布設長度1 160m。分析實測視電阻率斷面圖與反演真電阻率斷面圖，測線920m處處等值線異常，推測該處為斷裂通過位置，該點對應地面坐標為（118.79066°E，35.40375°N）。

結合前面地質調查的結果，給出斷層及破碎帶范圍如圖8所示。

圖8 斷層破碎帶示意圖

2.3 鉆探驗證

為驗證斷層通過位置，在線路路徑兩側布設2條斷層孔排鉆，北側排鉆編號為剖面I，鉆孔編號為（K1～K5）；南側排鉆編號為剖面 II，鉆孔編號為（K6、GT66+1、K7-K8），根據鉆孔揭露情況，斷層泥在2個鉆孔中出現（K1、K2），鉆孔間距為2.00m。K1鉆孔打穿斷層泥，斷層泥在該鉆孔中的揭露厚度約為14.50m，由2.40m至16.90m，斷層泥上覆地層為紅褐色碎裂巖，巖芯揉皺變形，節理裂隙極發育。斷層泥下面地層為紅褐色碎裂巖，巖芯揉皺變形，節理裂隙極發育。K2未打穿斷層泥，斷層泥上端點埋深為7.3m，上覆地層為紅褐色碎裂巖，巖芯揉皺變形，節理裂隙極發育。斷層泥兩端與接觸地層關系如圖9所示。

圖9 斷層泥兩端與接觸地層關系圖

鉆探結果顯示，斷層破碎帶內的鉆孔內的巖芯揭露顯示巖芯較為破碎，見斷層泥，而斷層破碎帶外兩側的兩處塔位處鉆孔巖芯較為完整。由此可見由高密度電法探測斷層破碎帶結果較為準確。

2.4 處理措施

針對以上給出的斷層破碎帶示意圖（google earth文件），提取出破碎帶邊界坐標。根據相關規程規范，塔位應避開此活動斷層不少于200m。此后設計人員根據本次提供的斷層破碎帶位置進行了塔位調整，塔位調整后，斷層邊界距離鐵塔GT66約為367m，距離鐵塔NJ21約為297m。順利完成了塔位的布置工作。

3 結語

利用高密度電法探查特高壓工程中對路徑有影響的活動斷層分布特征，經鉆探驗證，其探測效果較為準確，為塔位安全避讓提供了依據。高密度電法勘探具有成本較低、準確直觀的特點，但鑒于地球物理勘探普遍具有多解性，若要得到準確、理想的勘探結果，必要時應結合地質調查、鉆探資料進行綜合分析解釋。