綜合物探方法在隱伏構造探查中的應用

閆永峰

(新疆水利水電勘測設計研究院有限責任公司，新疆 昌吉 831100)

為探明庫趾區內隱伏構造，通常采用綜合物探方法進行探測構造的位置、規模，布置鉆孔進行驗證，經濟實惠、周期短并能較精準查明地質情況[1]。王梓帆[2]將高密度電法與地質雷達調查地下垃圾分布情況。黃浩然、榮鑫等[3]采用高密度電法與地質雷達能夠有效識別出堤塘滲漏通道的分布和規模，為堤塘的除險加固提供了靶區。王永剛、楊明雙等[4]采用直流電法中的充電法與高密度電法對壩體進行綜合探測，通過兩種方法優勢互補，精確探測出壩體右側繞壩滲漏通道。梁國[5]聯合采用高密度電法和地質雷達法在北江大堤進行隱患排查，二者相互驗證補償，相較于單一探測方法，探測成果準確可靠，為加強北江大堤安全管理提供重要依據。楊衛國[6]通過充電法、自然電場法圈定滲漏帶的平面分布情況；再通過探地雷達和高密度電法查證壩體滲漏通道的規模、深度及附近壩體是否存在裂縫和松軟層。許彩琦、張建智[7]采用時移高密度電法分析總結停水期與行水期不同水位下反演地電斷面的電性特征與變化趨勢，推斷滲漏通道的位置與規模，為隱患排查提供依據。張建清[8]采用多種物探技術對大壩滲漏隱患進行綜合探測，指出多種物探方法相互結合可提高隱患定性解釋精度。充分說明采用物探方法能夠有效探明各類工程中遇到的堤塘、壩體滲漏。本文依托江布塔斯水庫工程，采用高密度電法結合四極電測深探明隱伏構造為例。介紹了高密度電法、四極電測深工作方法與技術，進行實例分析探測結果，為類似工程提供依據。

1 工程概況

江布塔斯水庫是查干郭勒河支流上哈爾巴勒其格河上的一座攔河式水庫，水庫位于阿勒泰地區青河縣查干郭勒鄉。水庫位于哈爾巴勒其格河上游段，庫區位于山間河谷內，呈“深”V型河谷，河谷兩岸山體陡峭，局部有危巖陡立，為冰川及構造侵蝕作用形成的溝谷，坡度在40°左右，局部可見冰川侵蝕的冰斗等，右側山體鞍部可見冰川殘留的漂礫，山麓處堆積坡積碎石土及崩塌的碎石堆。河流整體自東向西流淌，總體走向以南西260°方向展布，現代河谷寬在50～100m，河谷縱坡在2.8%左右，河谷左岸發育小規模I級階地發育，局部缺失，階地相對高差一般在2～3m，現代河床寬10～20m，兩岸不對稱發育寬10～50m不等的河漫灘，高出河床2m左右，河漫灘現狀為良好的草場，河邊喬木生長較茂盛。

水庫區范圍內出露有奧陶系哈巴河群地層，華力西中期侵入巖(γδ42)，河谷內發育第四系松散沉積物。庫區內上游主要為黑云斜長變粒巖，庫區下游巖性主要以中細粒二長花崗巖為主。

本次測試工作為查明江布塔斯水庫庫區與壩址區指定剖面是否存在隱伏構造、基巖破碎帶，并確定斷層破碎帶的位置與規模。

2 工作布置、方法與技術

2.1 工作布置

在上壩址順河床左岸布置高密度電法剖面1-1，剖面長度300m，右岸布置高密度電法剖面2-2，剖面長度450m；在下壩址順河床左岸布置高密度電法剖面3-3，剖面長度500m，布置電測深點6個，右岸布置高密度電法剖面4-4，剖面長度450m，具體布置如圖1所示。

圖1 物探工作布置圖

2.2 工作方法與技術

2.2.1高密度電法工作方法與技術

本次測試工作目的層深度為40～80m，采用DZD-8多功能全波形直流電法儀進行數據采集，工作方式采用高密度溫納α排列[9](即對稱四極法)如圖2所示，溫納α裝置MN的距離與AB保持1∶3的關系，即AM=MN=NB=na，對應測深極距AB/2為1.5na，隨著間隔系數n由1(min)逐漸增大到29(max)，5m電極距的最大測深極距AB/2=245m，解釋深度一般可達到80m，可滿足本次測試要求。如圖2所示。

圖2 高密度電法α裝置數據采集剖面圖

2.2.2四極電測深工作方法與技術

根據測區地形情況，采用四極電測深對稱裝置[10]。AB/2∶MN/2=10∶1，測試最小AB/2=2m，最大極距以充分反映目的層和曲線完整為原則，本次物探工作最大極距均為200m。野外測量方法采用單次讀數法，為保證曲線質量，對曲線畸變點進行重復觀測，重復觀測的相對誤差小于5%，測試結果符合SL/T 291.1—2021《水利水電工程勘探規程第1部分：物探》[11]的要求。

2.3 地球物理特征

電法類勘探主要是依據地層介質的電性差異[12-13]，確定目的層，從而達到探明構造的目的。在正常的均質地層里，電阻率呈層狀分布，當存在斷層構造時，由于巖石破碎、裂隙發育，與圍巖相比，斷層帶的電阻率會因破碎充水而呈現低阻反映。根據測區物探本次測試結果和以往工作經驗顯示：該工程區表層碎石土層電阻率在200～650Ω·m，砂礫石層電阻率在600～1400Ω·m，花崗巖電阻率在700～6000Ω·m，基巖破碎帶電阻率在14～283Ω·m。綜上所述，基巖破碎帶屬于低阻異常，電性差異明顯，采用高密度電法結合四極電測深探明隱伏構造是可行的。

3 資料解釋

3.1 高密度電法資料解釋

高密度電法數據處理采用RES2高密度視電阻率反演軟件進行二維反演，具體流程如下：原始數據由高密度電法儀用數據線傳至計算機；利用RES2高密度電法數據反演軟件對野外觀測時如出現壞點參考剔除，通過數據分析，視電阻率出現負值時，參考電壓和電流值分析原因，對應視電阻率作為參考修正或刪除，視電阻率值超大或超小不符合規律時僅作參考或刪除；使用正版RES2高密度電法反演軟件，對數據進行反演處理。針對每條剖面，查找地質資料，對異常點進行分析，將數據處理結果轉化成DAT文件格式，使用RES2高密度電法反演軟件成圖。編輯內容主要包括物探成果解釋、地質及相關信息等，便于確認物探解釋推斷成果的可靠性。

3.2 四極電測深資料解釋

電測深資料解釋工作，首先對電測深曲線的類型進行分析判定，電極距不同所測得的ρs值不同，在雙對數坐標紙上繪制ρs—AB/2關系曲線，電測深ρs—AB/2關系曲線的解釋有定性解釋和定量解釋。根據測區電測深結果，該測區電測深曲線類型以KH型曲線為主，然后確定地層與電性層的對應關系，采用二層量板和輔助量板結合進行定量解釋。

4 測試成果分析

4.1 上壩址測試成果

4.1.1上壩址左岸1-1剖面

地表出露巖性為花崗巖，四極電測深所測較完整基巖視電阻率在1400～6000Ω·m。由圖3高密度電法反演成果圖可知：在剖面樁號0+186—0+195，地面高程1660～1690m范圍內存在相對低阻異常區，其視電阻率在14～60Ω·m。綜合推測該低阻異常區域為巖性破碎帶，巖性破碎帶影響范圍寬度5～10m，向大樁號方向陡傾。

圖3 上壩址左岸1-1剖面高密度電法反演成果圖

4.1.2上壩址右岸2-2剖面

地表出露巖性為花崗巖，四極電測深所測較完整基巖視電阻率在1400～3000Ω·m。由圖4高密度電法反演成果圖可知：在剖面樁號0+280—0+290，地面高程1640m～1680m范圍內存在相對低阻異常區，其視電阻率在100～256Ω·m。綜合推測該低阻異常區域為巖性破碎帶，巖性破碎帶影響范圍寬度5～10m，向大樁號方向陡傾。

圖4 上壩址右岸2-2剖面高密度電法反演成果圖

4.2 下壩址測試成果

4.2.1下壩址左岸3-3剖面

地表出露巖性為花崗巖，四極電測深所測較完整基巖視電阻率在1600～5600Ω·m。由圖5高密度電法反演成果圖、圖6ρs斷面圖可知：在剖面樁號0+200—0+220，地面高程1640～1680m范圍內存在相對低阻異常區，其視電阻率在68～241Ω·m。綜合推測該低阻異常區域為巖性破碎帶，巖性破碎帶影響范圍寬度10～15m，向小樁號方向陡傾。后經ZK1(剖面樁號0+200處)驗證，孔深24～49m巖體破碎，風化強烈。

圖5 下壩址左岸3-3剖面高密度電法反演成果圖

圖6 下壩址左岸3-3剖面樁號0+150—0+265段等ρs斷面圖

4.2.2下壩址右岸4-4剖面

地表出露巖性為花崗巖，四極電測深所測較完整基巖視電阻率在1300～5800Ω·m。由圖7高密度電法反演成果圖可知在剖面樁號0+260—0+280，地面高程1650～1690m范圍內存在相對低阻異常區，其視電阻率在62～283Ω·m。綜合推測該低阻異常區域為巖性破碎帶，巖性破碎帶影響范圍寬度10～15m，向小樁號方向陡傾。

圖7 下壩址右岸4-4剖面高密度電法反演成果圖

5 結語

上壩址測試剖面地面高程1660～1690m范圍內為巖性破碎帶，影響寬帶5～10m，近NS走，傾向E；下壩址測試剖面地面高程1640～1690m范圍內為巖性破碎帶，影響寬帶10～15m，近NS走，傾向W(具體位置如圖8所示)。

圖8 推測構造位置示意圖

高密度電法結合四極電測深能有效的探測出構造的深度及規模大小，輔與鉆孔進行驗證，可以較全面的探明區域內構造情況，建議上壩址進行鉆孔驗證。由于物探測試分辨率受埋深、規模等因素影響，小斷層探測難度高；復雜地層物性差異較小時，解釋精度受影響。物探測試成果需結合區域地質情況、鉆孔、開挖等資料進行綜合分析，方能較大提高解釋精度。