高密度電法在城市軌道交通工程隱伏斷層探測中的應(yīng)用

劉 猛 徐健楠 湯斌峰

(中鐵工程設(shè)計咨詢集團(tuán)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(yīng)用

劉 猛 徐健楠 湯斌峰

(中鐵工程設(shè)計咨詢集團(tuán)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(yīng)用高密度電法與鉆探相結(jié)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(qū)域地質(zhì)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(dǎo)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(qiáng)的隱蔽性，在工程建設(shè)中往往對其不夠重視，一旦斷層發(fā)生活動，在沒有設(shè)防的情況下便會造成嚴(yán)重的破壞[1]。如果工程場區(qū)深部不存在發(fā)震斷層，即使存在淺部斷層，該場區(qū)地震危險性及其危害性也不大，一旦工程場區(qū)深部存在的發(fā)震斷層與淺表斷層具有一定的耦合關(guān)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(nèi)巖體破碎，地下水發(fā)育，對工程建設(shè)也有一定的影響。高密度電法探測手段是一種在技術(shù)上有較大進(jìn)步的方法[3]，在隱伏斷層的探測方面有其獨(dú)特的優(yōu)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(jù)[7]。

1 高密度電法原理及儀器選擇

高密度電法測量系統(tǒng)：按照不同的地層視電阻率參數(shù)的差異，按其視電阻率值的高低及分布形態(tài)來區(qū)分巖性，發(fā)現(xiàn)破碎帶，推測有用的地質(zhì)目標(biāo)[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(jù)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(jù)實測的視電阻率數(shù)據(jù)，進(jìn)行反演計算、分析，便可獲得地下不同地質(zhì)體的電阻率分布情況，進(jìn)而推測不同地質(zhì)體賦存位置，具有對地質(zhì)構(gòu)造分辨率高的優(yōu)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(shù)控技術(shù)研究所生產(chǎn)的WGMD-3A型高密度電法勘探系統(tǒng)，采用參數(shù)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(jù)區(qū)域地質(zhì)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(xiàn)三疊系下統(tǒng)灰?guī)r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(jié)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(zhǔn)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(chǎn)生的影響具有重要作用。

根據(jù)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(tǒng)填筑土，沿線均有分布，厚1.5～5.8 m。第四系全新統(tǒng)沖洪積淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉土、粉質(zhì)黏土、粉砂、細(xì)砂和中砂，厚度約35～40 m，基底為圓礫土、卵石土、泥質(zhì)砂巖和凝灰?guī)r。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(tǒng)填筑土，沿線均有分布，厚1.0～6.8 m；第四系全新統(tǒng)沖洪積粉質(zhì)黏土、粉土、粉質(zhì)黏土、粉砂，厚度約10～30 m，基底為泥質(zhì)砂巖、凝灰?guī)r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(zhì)縱斷面

圖3 CK14+577～CK14+958段工程地質(zhì)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(jì)上統(tǒng)全風(fēng)化凝灰?guī)r、強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r，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(tǒng)強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖、中風(fēng)化泥質(zhì)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(jì)上統(tǒng)全風(fēng)化凝灰?guī)r、強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r，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(tǒng)強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖、中風(fēng)化泥質(zhì)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(jìn)一步探查兩處隱伏斷層的準(zhǔn)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(shè)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(jù)鉆孔資料，并結(jié)合高密度電阻率值反演剖面異常位置的地質(zhì)解譯進(jìn)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(fēng)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(fā)育區(qū)域。結(jié)合區(qū)域地質(zhì)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(xù)性較差，且具有較陡的高低視電阻率界面，結(jié)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(jì)上統(tǒng)凝灰?guī)r與白堊系上統(tǒng)泥質(zhì)砂巖的巖性界面，且表現(xiàn)為凝灰?guī)r上覆泥質(zhì)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(qū)域地質(zhì)資料中F2逆斷層相吻合。

3 結(jié)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(yùn)用高密度電法的物探手段，結(jié)合鉆探方法，對隱伏斷層破碎帶的準(zhǔn)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(jìn)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(tài)和結(jié)構(gòu)特征，推測解釋斷層，可以作為線路不良地質(zhì)或構(gòu)造勘察的有效方法[12]。

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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(yè)于中南大學(xué)地質(zhì)工程專業(yè)，工學(xué)碩士，助理工程師。

1672-7479(2016)05-0078-03

P631.3

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