高密度電法在探測(cè)隱伏斷裂中的應(yīng)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(cè)隱伏斷裂中的應(yīng)用

劉艷春 高樹義 莊明芳

(山西省地震局，山西 太原 030021)

應(yīng)用高密度電法對(duì)長(zhǎng)治盆地的文王山地壘南側(cè)斷裂進(jìn)行了探測(cè)，結(jié)合周圍鉆孔地層資料進(jìn)行了地質(zhì)解譯，并根據(jù)電阻率曲線異常特征揭示了該斷裂的空間位置和相關(guān)地質(zhì)參數(shù)，說明高密度電法探測(cè)技術(shù)在隱伏斷裂探測(cè)中具有廣闊應(yīng)用前景。

高密度電法，斷裂，隱伏斷裂探測(cè)

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(yùn)用高密度電法層析成像技術(shù)，可以探測(cè)斷裂的空間位置及相關(guān)地質(zhì)參數(shù)，從而使重要設(shè)施有效地避開隱伏斷層，最大程度減輕地震災(zāi)害[5]。

為了進(jìn)一步研究高密度電法在隱伏斷裂探測(cè)中的應(yīng)用，我們?cè)诼撼强h北部天脊集團(tuán)乙醇項(xiàng)目場(chǎng)地西側(cè)布設(shè)了2條高密度電法測(cè)線，對(duì)文王山地壘南側(cè)斷裂進(jìn)行高密度電法探測(cè)，并結(jié)合鉆孔地層資料對(duì)斷裂大致走向、上棱埋深、活動(dòng)時(shí)代等進(jìn)行了綜合研究。

1 文王山地壘南側(cè)斷裂概況

文王山地壘南側(cè)斷裂位于長(zhǎng)治盆地北緣文王山地壘南側(cè)，為長(zhǎng)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(diào)查表明，文王山地壘南側(cè)發(fā)育早、中、晚更新世地層，直接覆于文王山前緣。水文地質(zhì)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(jīng)野外地質(zhì)調(diào)查，該斷裂錯(cuò)斷第四紀(jì)早更新世地層，第四紀(jì)中更新世地層未見錯(cuò)斷，表明該斷裂為早更新世斷裂。

2 高密度電法探測(cè)系統(tǒng)

高密度電法的物理前提是地下介質(zhì)間的導(dǎo)電性差異[6]。野外工作時(shí)，首先沿剖面按一定間距一次性布好多根電極，觀測(cè)時(shí)，儀器可按照特定的裝置方式接通電極，依次測(cè)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(jù)實(shí)測(cè)的視電阻率剖面，進(jìn)行計(jì)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(jù)探測(cè)要求，我們采用重慶奔騰數(shù)控技術(shù)研究所生產(chǎn)的WDJD-1多功能數(shù)字直流激電儀和WDZJ-1多路電極轉(zhuǎn)換器所構(gòu)成的WGMD-1高密度電阻率測(cè)量系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集后，應(yīng)用RES2D軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，根據(jù)得到的反映地下不同性質(zhì)介質(zhì)及斷裂的產(chǎn)狀和深度的二維地電斷面圖進(jìn)行合理的地質(zhì)解釋[7]。

3 探測(cè)結(jié)果處理及解釋

3.1 探測(cè)方案及測(cè)線布置原則

探測(cè)過程中考慮到測(cè)量深度及儀器分辨率、場(chǎng)地條件等問題，我們采用了溫納測(cè)量裝置，電極距5 m。由現(xiàn)有資料知，工程場(chǎng)地通過的文王山地壘南側(cè)斷裂為NEE向，因此，我們?cè)贜W方向共布設(shè)了2條測(cè)線來控制該斷層。測(cè)線布設(shè)見圖1，測(cè)線參數(shù)見表1。

表1 高密度電法測(cè)線數(shù)據(jù)表

3.2 探測(cè)結(jié)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(qū)涉及黃土丘陵及基巖山地，不同的地貌單元，場(chǎng)地物性介質(zhì)變化較大。根據(jù)地質(zhì)調(diào)查及周圍鉆孔揭露，場(chǎng)地地表松散層由第四系中更新統(tǒng)及下更新統(tǒng)組成，場(chǎng)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?guī)r為主。根據(jù)對(duì)比上述地層的電阻率值范圍大致如下：

第四系下、中更新統(tǒng)粉質(zhì)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?guī)r：電阻率值在1 000 Ω·m～9 211.0 Ω·m之間變化。

下面對(duì)兩個(gè)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(zhì)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(duì)低阻值區(qū)，該電性層的厚度變化較大，水平方向分布不均勻，在測(cè)線800 m左右該電性層的厚度發(fā)生較大變化。據(jù)鉆孔揭露及地質(zhì)調(diào)查，該層主要是由粉質(zhì)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(dá)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(wěn)定連續(xù)，第四紀(jì)中更新世粉質(zhì)粘土層未見錯(cuò)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(duì)高阻值區(qū)，電阻率值曲線呈向南傾斜的舒緩波狀，這與場(chǎng)地地層為基巖相對(duì)應(yīng)。該物性層在高阻值的背景下，又分為兩部分，在剖面測(cè)線0 m～800 m段，電阻率在93.2 Ω·m～842 Ω·m區(qū)間變化，阻值相對(duì)較低。在剖面測(cè)線800 m～1 050 m段，為連續(xù)的高阻值，該層的電阻率在1 178 Ω·m～4 310 Ω·m區(qū)間變化，電阻率阻值發(fā)生突變，顯示物性介質(zhì)發(fā)生突變，且電阻率曲線由舒緩波狀變?yōu)榻谥绷?。根?jù)電阻率值數(shù)值特征，推測(cè)在剖面測(cè)線0 m～800 m段為石炭、二疊系的砂巖、泥巖。在剖面測(cè)線800 m～1 050 m段，為連續(xù)的高阻值，所對(duì)應(yīng)的基巖地層為奧陶系灰?guī)r。

推斷該處異?，F(xiàn)象的出現(xiàn)與斷層有關(guān)，根據(jù)已有資料顯示，文王山地壘南側(cè)斷裂由附近通過，由此可以推測(cè)在A—A′測(cè)線800 m處電阻值異常變化是文王山地壘南側(cè)斷裂引起的，根據(jù)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(zhì)解譯圖)可見，剖面中文王山地壘南側(cè)斷裂錯(cuò)斷了基巖地層，推測(cè)上盤地層為奧陶系灰?guī)r、石炭系鋁質(zhì)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(xiàn)象明顯，地層傾向南，視傾角在55°～70°之間，推測(cè)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(cè)線800 m處為界，測(cè)線南部的新生界松散層的厚度達(dá)30 m左右，而測(cè)線北部新生界松散層僅為數(shù)米。

綜上所述：文王山地壘南側(cè)斷裂由測(cè)線A—A′ 800 m處通過，斷裂上棱埋深約10 m，該斷裂未錯(cuò)斷上覆第四系中更新統(tǒng)粉質(zhì)粘土。

2)剖面B—B′。

該測(cè)線是剖面A—A′的補(bǔ)充驗(yàn)證測(cè)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(duì)低阻值區(qū)，該電性層的厚度變化較大，水平方向分布不均勻，在測(cè)線140 m左右該電性層的厚度發(fā)生較大變化。據(jù)地質(zhì)調(diào)查，該層主要由粉質(zhì)粘土及粘土層組成。由剖面可見測(cè)線北部該層厚度較薄，僅為1.3 m～5 m左右。測(cè)線南部該層厚度可達(dá)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(wěn)定連續(xù)，結(jié)合場(chǎng)地地質(zhì)調(diào)查(見圖4)，第四紀(jì)中更新世粉質(zhì)粘土層未見錯(cuò)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(duì)高阻值區(qū)，電阻率值曲線呈向南傾斜的舒緩波狀，這與場(chǎng)地地層為基巖相對(duì)應(yīng)。該物性層在高阻值的背景下，又分為兩部分，在剖面測(cè)線140 m～300 m段，電阻率在361.0 Ω·m～909 Ω·m區(qū)間變化，阻值相對(duì)較低。在剖面測(cè)線0 m～140 m段，為連續(xù)的高阻值，該層的電阻率在2 285 Ω·m～9 000 Ω·m區(qū)間變化，電阻率值發(fā)生突變，顯示物性介質(zhì)發(fā)生突變，且電阻率曲線由舒緩波狀變?yōu)榻谥绷?。根?jù)電阻率值數(shù)值特征，推測(cè)在剖面測(cè)線140 m～300 m段為奧陶系灰?guī)r破碎帶。在剖面測(cè)線0 m～140 m段，為連續(xù)的高阻值，所對(duì)應(yīng)的基巖地層為奧陶系灰?guī)r。

測(cè)線140 m處異常值的位置與測(cè)線A—A′ 800 m處值異常基本在同一走向上。推斷該處異?，F(xiàn)象的出現(xiàn)與文王山地壘南側(cè)斷裂有關(guān)，由此可以推測(cè)在B—B′測(cè)線140 m處阻值異常變化是文王山地壘南側(cè)斷裂引起的。

由圖5(電阻率CT地質(zhì)解譯圖)可見，剖面中文王山地壘南側(cè)斷裂錯(cuò)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(cè)線140 m處為界，測(cè)線南部的新生界松散層的厚度達(dá)15 m左右，而測(cè)線北部新生界松散層僅為數(shù)米。

綜上所述：文王山地壘南側(cè)斷裂由測(cè)線140 m處通過，斷裂上棱埋深約7 m，該斷裂未錯(cuò)斷上覆第四系中更新統(tǒng)粉質(zhì)粘土。

4 結(jié)語

電阻率CT剖面及地震地質(zhì)調(diào)查認(rèn)為，場(chǎng)地上部松散地層為第四系中更新統(tǒng)及下更新統(tǒng)，巖性以粉質(zhì)粉土、粘土為主，中更新統(tǒng)以粉質(zhì)粘土為主，下更新統(tǒng)以粘土為主。在剖面A—A′測(cè)線800 m處為電阻率異常，剖面B—B′測(cè)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(cè)斷裂造成，確定該斷裂走向?yàn)镹EE75°，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(cuò)斷上覆第四系中更新統(tǒng)粉質(zhì)粘土，為早更新世斷裂。

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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

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