綜合物探方法在探明巖性分界線中的應(yīng)用

趙承寶 高艷文 徐寧

摘 要：在管道線路勘察中，經(jīng)常需要準(zhǔn)確高效的探明巖性分界線以確保線路勘察的準(zhǔn)確性，為后續(xù)的設(shè)計(jì)施工提供可靠依據(jù)。本文介紹了在中俄東線天然氣管道工程線路勘察中，運(yùn)用高密度電法及淺層地震折射法的綜合物探方法準(zhǔn)確探明巖性分界線的實(shí)例。工程實(shí)踐證明，采用綜合物探方法資料相互驗(yàn)證，能提高資料解釋成果的可靠性和準(zhǔn)確性。

關(guān)鍵詞：綜合物探方法;巖性分界線;高密度電法;淺層地震折射法

中圖分類號(hào)：P631.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）02-0113-02

0 引言

中俄東線（黑河-長(zhǎng)嶺段）天然氣管道工程起點(diǎn)為黑河首站，終點(diǎn)為長(zhǎng)嶺分輸站，干線線路全長(zhǎng)約737km。管道沿線自北向南以平原為主、局部有丘陵，沿線基巖廣泛分布花崗巖、砂巖等地層，且隨大地構(gòu)造變化較大。巖性分界線直接關(guān)系沿線工程地質(zhì)條件的變化，影響整個(gè)管線工程設(shè)計(jì)、預(yù)算、施工，如何準(zhǔn)確有效的探明沿線巖性分界線，特別是土石分界是本工程的一項(xiàng)關(guān)鍵問(wèn)題。

在中俄東線（黑河-長(zhǎng)嶺段）天然氣管道工程詳細(xì)勘探工作中，如何準(zhǔn)確區(qū)分出沿線地層巖性分界線是工程概算及土石方工作量確定關(guān)鍵所在。尤其諸多河流具有非常特殊的地質(zhì)、地理環(huán)境，河床覆蓋層埋深一般幾十米或近百米，在復(fù)雜的地形條件下或覆蓋層深度變化較大的情況下，深厚覆蓋層勘探給物探工作帶來(lái)很大的難度，單一物探方法得出的結(jié)果有時(shí)不是十分可靠，需運(yùn)用綜合物探方法，多種物探方法的資料相互印證才能提高物探成果的可靠性和準(zhǔn)確性，滿足深厚覆蓋層勘探的任務(wù)要求。在中俄天然氣管道工程勘探工作中，因交通困難，不宜開(kāi)展重型勘探方法，為查明該工程沿線敏感地段巖性分界線及基巖埋深情況，進(jìn)行了物探勘察工作，我們以一條典型河谷勘探為例，進(jìn)行論述。

1 區(qū)域地層及地球物理特征、工作布置及工作方法

1.1 區(qū)域地層

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，穿越場(chǎng)區(qū)地層主要為第四系全新統(tǒng)沖積層、三疊系酸性火山巖，分述如下[1]：

第四系全新統(tǒng)沖積層（Q4al+pl）：本層以河流沖積為主，巖性上部為粉質(zhì)粘土，下部為砂土、砂礫石，構(gòu)成二元結(jié)構(gòu)。局部上部礫砂較薄或缺失。厚度不一，一般多在1～7m之間。

三疊系白山組（T3b）：巖性以酸性熔巖、凝灰?guī)r為主夾少量沉積巖，具輕微片理化。厚度大于616米。上下部有灰黑色片理化流紋質(zhì)凝灰熔巖，中部為片理化凝灰質(zhì)礫巖，礫石主要是流紋巖、石英斑巖及少量安山巖、粉砂巖、細(xì)沙巖、花崗巖、大理巖組成;底部有不穩(wěn)定的安山巖。

1.2 地球物理特征

場(chǎng)區(qū)內(nèi)地層主要由第四系全新統(tǒng)沖積層（Q4al）、三疊系白山組（T3b）角礫凝灰?guī)r及晚印支期（ηγ51）花崗巖組成。場(chǎng)區(qū)物性特征見(jiàn)表1所示，可見(jiàn)三種主要地層在電性、波速上存在明顯差異，符合電法和地震勘察前提[2]。

2 工作布置及工作方法

2.1 高密度電法

高密度電法是采用高密度布點(diǎn)，進(jìn)行二維地電斷面測(cè)量的一種物探勘探方法。基本原理與普通電阻率法相同，集中了電剖面法和電測(cè)深法的特點(diǎn)，電法探測(cè)是通過(guò)向地下供電，根據(jù)探測(cè)地下電場(chǎng)的分布狀況，確定地下地層情況的一種物探方法。由于地下各種地層電阻率存在較大差異，隨著地層的變化使地下電阻率在空間范圍內(nèi)產(chǎn)生相應(yīng)的變化，人工供電形成的電場(chǎng)的分布狀態(tài)即發(fā)生相應(yīng)的變化，根據(jù)地下人工電場(chǎng)的變化特征，可以確定地下不同地層的空間分布狀態(tài)[3]。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，本次野外觀測(cè)采用α排列，α排列電極排列示意如圖1所示。

α排列測(cè)量斷面為倒梯形;測(cè)量時(shí)AM=MN=NB為一個(gè)電極間距，A、B、M、N逐點(diǎn)同時(shí)向右移動(dòng)，得到第一條剖面線;接著AM、MN、NB增大一個(gè)電極間距，A、B、M、N逐點(diǎn)同時(shí)向右移動(dòng)，得到另一條剖面線;這樣不斷掃描測(cè)量下去，得到整條測(cè)線剖面的視電阻率斷面。

2.2 淺層地震折射勘探

淺層地震折射勘探是目前工程地震勘探中技術(shù)最為成熟、應(yīng)用最為廣泛的地球物理勘探方法之一。本次淺層地震使用折射法，觀測(cè)系統(tǒng)采用雙重相遇追逐系統(tǒng)。這種觀測(cè)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是既可以利用交點(diǎn)求出的兩個(gè)速度值來(lái)控制速度在橫向的變化，又可以利用大、小排列的兩組T0值互相對(duì)比提高解釋精度，也可以利用追逐時(shí)距曲線的平行性來(lái)延長(zhǎng)解釋區(qū)間，判定是否存在穿透現(xiàn)象[4]。

本次淺層地震勘探擬采用重錘夯擊震源，觀測(cè)系統(tǒng)參數(shù)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定，確定折射法工作參數(shù)如下：觀測(cè)系統(tǒng)采用雙重相遇追逐系統(tǒng)（圖2所示）;道距5m，最小炮檢距30m，24道接收，38Hz垂直檢波器。

2.3 工作布置

根據(jù)勘察目的與任務(wù)要求，場(chǎng)區(qū)勘探范圍內(nèi)中線布置物探勘探剖面1條（剖面編號(hào)1-1），采用高密度電法及淺層地震折射兩種勘探手段。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定，高密度電法運(yùn)用α排列，5m最小電極距，剖面長(zhǎng)度495m;淺層地震折射勘探設(shè)定道間距為5m，排列長(zhǎng)度115m，最大炮間距145m。

3 資料分析及成果

3.1 高密度電法分析

高密度電法剖面495m，可探測(cè)的深度約50m，依據(jù)高密度電法反演成果圖，對(duì)場(chǎng)區(qū)內(nèi)覆蓋層、巖性接觸帶進(jìn)行分析，分析結(jié)果如下：水平里程1000m～1495m，視電阻率總體分布在10～1000Ω·m，個(gè)別地段表層礫石較多，接地條件較差，導(dǎo)致出現(xiàn)少數(shù)高阻情況;該地區(qū)地下水水位線對(duì)地層電阻率影響不明顯。表層視電阻率約300～800Ω·m，厚約1m～8m，推斷為第四系全新統(tǒng)沖積層;下部視電阻率在10～1000Ω·m，其中在里程1100m～1430m范圍內(nèi)視電阻率約10～300Ω·m，形成了低阻區(qū)，結(jié)合鉆探成果，推斷為角礫凝灰?guī)r;在里程1000m～1150m及1420m～1460m范圍內(nèi)視電阻率約500～1000Ω·m，根據(jù)鉆探結(jié)果，推斷為花崗巖;在里程1000m～1150m范圍內(nèi)及1420m～1460m范圍內(nèi)，視電阻率急劇變化，結(jié)合地質(zhì)條件認(rèn)為系角礫凝灰?guī)r和花崗巖的巖性接觸帶[5]。高密度電法反演成果剖面（1-1）圖3所示。

3.2 淺層地震折射分析

淺層地震折射剖面長(zhǎng)度500m，勘探深度約40m，依據(jù)地震折射層析成像成果圖，對(duì)場(chǎng)區(qū)內(nèi)覆蓋層、巖性分層進(jìn)行分析，分析結(jié)果如下：視縱波速度主要分布在600m/s～3000m/s，對(duì)應(yīng)巖性為第四系全線統(tǒng)沖積層、凝灰?guī)r或黃崗巖;該地區(qū)地下水水位線對(duì)地層波速影響不明顯。表層視縱波速度約600～1200m/s，層厚約1.5～9.0m，推斷為第四系全新統(tǒng)沖積層;其下視縱波速度約1200～3000m/s，推斷為凝灰?guī)r或花崗巖層。在里程1000m～1150m及1420m～1460m范圍內(nèi)，速度等值線向下彎曲，結(jié)合地質(zhì)條件認(rèn)為系花崗巖和凝灰?guī)r的巖性接觸帶[6]。地震折射層析成像剖面（1-1）圖4所示：

3.3 物探成果綜合解釋分析

結(jié)合兩條勘探線成果：劃出場(chǎng)區(qū)了基巖界面，推斷第四系全新統(tǒng)沖積層，厚度約1～8m，其下為凝灰?guī)r或花崗巖層。兩種物探方法均根據(jù)物性差異在里程1000m～1150m及1420m～1460m顯示出存在巖性接觸帶。結(jié)果后期鉆探驗(yàn)證，證明場(chǎng)區(qū)內(nèi)里程1000m～1150m及1420m～1460m為巖性接觸帶，較好的劃分出來(lái)巖性分界線。

4 結(jié)語(yǔ)

高密度電法曲線易受地形或目的層界面起伏的影響，目標(biāo)層位埋深較大時(shí)定性解釋效果較好，但定量解釋準(zhǔn)確程度較差;淺層地震折射法所需工作場(chǎng)地相對(duì)較小，工作效率高，定量解釋準(zhǔn)確程度較高，但橫向上分辨率不高，不能十分明確的反映巖性分界線，且在野外河床上有水的地段無(wú)法開(kāi)展淺層折射工作。綜上可知，兩種物探方法各有利弊，針對(duì)巖性變化較大的地區(qū)，應(yīng)當(dāng)結(jié)合地質(zhì)地形條件綜合運(yùn)用物探手段，以便有效提高物探成果的可靠性和準(zhǔn)確性。

參考文獻(xiàn)

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