綜合物探方法在構造調查中的應用

黃玉輝

（新疆水利水電勘測設計研究院 新疆 昌吉 831100）

1 前言

構造是巖石或巖層受了內力或外力作用而產生的原始位態或面貌，如層理，粒序層、波痕等各種原生構造，以及各種原始位態或面貌的改變，即變形與變位，如各種次生的褶皺、節理、斷層、韌性剪切帶、裂谷，俯沖帶、轉換斷層等。在工程物探中，圈定構造帶和構造破碎帶主是利用構造帶和構造破碎帶與正?；鶐r之間的彈性波差異、電性差異和電磁性差異等，使用重力法、磁法、大地電磁電法等物探方法在同一區域上測試，找出異常位置，通過對異常部分的分析來圈定構造影響帶。

2 儀器工作原理

2.1 重力儀的工作原理

當重力發生變化引起擺桿偏離水平位置時，指示絲隨之偏轉，通過一套光學系統即可發現指示絲形成的“亮線”在刻度片上偏離零線的位置。這時調節測量彈簧的長度，就可以使溫度補償桿繞測量扭絲作微小偏轉，從而改變了主彈簧的彈力矩，使擺桿又回到零點位置。彈簧長度的變化，可以通過連接在它上端的螺旋測微讀數器顯示出來，這種讀數方法稱為零點讀數法。兩次零點讀數的差值，就指出了重力的變化量。

2.2 磁力儀的工作原理

自然界的巖石和礦石具有不同磁性，可以產生各不相同的磁場，它使地球磁場在局部地區發生變化，出現地磁異常。磁力儀利用靜態激發質子在地磁場內的拉莫爾進動效應測量磁場。

2.3 V8多功能電法儀的工作原理

V 8電法工作站具備時間域的常規電剖面、電測深、高密度電法、瞬變電磁測量功能；具備頻率域的M T(大地電磁法)、AMT(音頻大地電磁法)、CSAMT(可控源音頻大地電磁法)等功能。

音頻大地電磁法（AMT），是利用天然音頻大地電磁場作為場源（頻率范圍為5Hz～104Hz），屬于被動源電磁法，觀測電場和磁場分量。主要解決地質構造等問題。該方法具有設備輕便、工作靈活、成本低廉的優點。其最大的弱點是天然音頻電磁場的信號太弱，它只能在干擾小的情況下才能取得好的結果。

可控源音頻大地電磁簡稱CSAMT，是利用接地水平電偶源為信號源的一種頻率域電磁測深法，CSAMT采用了大功率的人工場源，具有信號穩定、信噪比高、穿透能力強、探測深度大等特點。近幾年來CSAMT在研究確定隱伏構造等方面得到了廣泛應用。

3 工程實例

3.1 工程概況

某水利工程需要在地下深度500 m～800 m開挖引水隧洞，要求物探對洞線樁號段171+8000～174+8003進行勘查，圈定構造帶或構造破碎帶。

3.2 試驗工作

上述各項試驗具體方法和要求均按《重力調查技術規定（1:50000）D Z 0004-1991》執行。

3.2 測試成果分析

3.2.1 重力

首先工作前按《重力調查技術規定（1:50000）D Z0004-1991》中的要求進行了試驗工作，試驗結果見圖1、圖2。

儀器零點漂移曲線符合規范要求。

圖1 靜態試驗測定

圖2 動態試驗測定

圖3 局部重力異常圖

圖4 局部Δg異常垂向一階導數圖

圖5 磁法剖面圖

圖6 AMT視電阻率剖面平面圖

對局部重力異常進行分析，如圖3所示。

分析3km的局部重力異常剖面，從171+800點至172+580點之間，異常值逐步減小，推測172+320點到172+580點之間有斷裂分層，但具體分層界限不明；172+580～174+500段異常值由小到大，再到小，其中173+200點到173+760點處出現V字型缺口，異常差值達0.5mgal以上。很明顯該處有質量虧損，即存在斷裂破碎帶，只能看出大致位置，具體界限不明；174+500～174+800段異常值逐漸減小，呈南高北低的趨勢，推測可能有分層，參考南部曲線形態，以-0.5mgal為橫軸與曲線相交，可能分層位置在174+560點附近，具體位置需進一步分析。

因為局部重力異常無法看出具體分層界限，對局部重力異常進行垂向一階導數處理。重力垂向一階導數在放大高頻成分的同時，又能壓制低頻成分，因此垂向導數既突出局部異常又壓制區域異常，還能區分相鄰異常，減小其相互疊加的影響。從理論上講，剖面圖上垂直一階導數的零值點，在平面圖上是零值點連線，可以確定地質性密度變化的邊界位置，如斷層、不同密度構造分界線等，如圖2所示。

斷裂破碎帶界限為173+160點到173+360點之間。

3.2.2 磁法

首先，工作前按《地面高精度磁測技術規程D Z/T0071-93》中的要求進行了試驗工作儀器噪聲試驗測定：

表1 噪聲試驗結果表

儀器一致性測定：

表2 儀器一致性計算結果表

分析3km長磁法剖面（見圖5），主要分為三個異常區，即171+800～172+700磁場高值區。

磁場值在57670nT～57860nT之間，磁場不穩定，磁場值變化較劇烈。該區域磁場值較大，極大值在172+120點處，緊接著在172+280點處伴生極小值負異常，推測該處地層與中部地層不一致，在172+280點處有明顯分層界限，可能為斷裂分層導致，結合區域地質圖來判斷，推測其為火山巖地層。

在測線中部172+300～174+300，大部分為背景場，磁場穩定，只在173+000點到173+240點和173+720點到173+800點之間有兩處正異常。173+0點到173+240點之間的異常較大，異常較寬，變化較大，推測為斷裂破碎帶引起；173+720～173+800點之間的異常寬度較小，推測為表淺部含鐵磁性物質。

在測線174+300～174+800處磁場變化較為劇烈，但幅度相對南部高值區較小，在57660nT～57780nT之間變動，在174+560點附近出現極小值，推測該處也存在斷裂分層，但結合中部和北部曲線來看，有可能為同一地層，而在此處被斷裂分開了，故推測該處也為沉積巖地層。

結合重力分析，重力推測出來的斷裂分層界限相對于磁法有偏移，因為相對來說，磁法是淺部異常的反映，重力是深部異常的反映，故兩者相互對應，互相印證，結合區域地質圖，南部為火山巖地層，在172+360點處分層，中部為沉積巖地層，其中173+160點到173+360點之間為斷裂破碎帶，北部在174+200點處分層，但很可能與中部是同一沉積巖地層。

圖7 CSA MT視電阻率剖面平面圖

3.2.3 AMT和CSAMT

在AMT視電阻率剖面平面圖（如圖6）中可以看到，從點172+840至點173+320地表至地下200m左右均為中低電阻率(≤70Ω·m)，自1280點向下部延伸均為低電阻率(約70Ω·m左右)，且隨著深度的增加范圍增大，而在1280點兩側的測點深部均為中高電阻率(≥100Ω·m)，且電阻率值接近。

在CSAMT視電阻率剖面平面圖中（如圖7）同樣可以看出，從點172+880到點173+360地表至地下200m左右均為低電阻率(≤160Ω·m)，自點173+200到點173+280向下延伸為中等電阻率(約100Ω·m～400Ω·m)，而在該范圍兩側的測點向深部延伸均為中高電阻率(≥400Ω·m)，兩側電阻率值接近，這與AMT方法中電阻率分布情況相同。

根據收集到的地質資料來看，初步推測淺部低電阻率區域為破碎帶，剖面中部的173+200點到173+280點處為斷層，斷層兩邊的高電阻率區域為同一套地層。根據CSAMT中的中等電阻率分布狀況來看，該斷層為向北陡傾。

3.3 結論

測區應用重力、磁法、電磁法勘探均可以直接圈定較大的斷裂構造。其中重力、磁法勘探能夠快速的了解測線方向上的巖性分布情況，尤其是在巖性接觸帶上和斷裂破碎帶上有良好的顯示。電磁法勘探（AMT、CSAMT）主要探測縱向電阻率參數，能夠清晰的反映出地下特定深度上電阻率分布情況，進而得到斷裂延伸方向，以及破碎帶是否含水等信息。

4 結語

綜合物探剖面勘查尋找斷裂構造是準確有效的方法。通過高精度地面磁法、重力勘查獲取地球物理信息，進行巖性劃分，圈定斷裂破碎帶分布范圍。通過電磁法勘查，查明深部巖體電性參數分布規律，定量解釋地下一定深度內的巖石含水狀況。重磁方法與電磁方法的結合，在本區綜合物探勘查中取得了較好的地質效果。

[1]SL326—2005，水利水電物探規程，《重力調查技術規定（1∶50000）DZ 0004-1991》，《地面高精度磁測技術規程DZ/T 0071-93》。