高密度電法在水庫選址斷層破碎帶勘探中的應用

王宇航

(安徽省水利水電勘測設計研究總院有限公司，合肥 230022)

0 引 言

高密度電法是常見的一種地球物理方法，該方法利用了不同巖、土導電性的差異和斷面破碎帶兩側巖性不同和物性差異,通過人工施加穩定電流場，研究電流在探測的巖土層中的分布規律，達到識別、探明地下斷層、巖土層等分布情況的目的。高密度電法具有觀測精度高，得到的數據量大等優點，在結合地質鉆孔資料的基礎上，可以快速且準確地識別出斷層的分布情況為繼續開展工程地質勘查指明方向。因此高密度電法廣泛應用于斷層破碎帶的調查中，為繼續開展工程地質勘查指明方向。文章就是以大別山某水庫工程實例為例，簡述了高密度電法在水庫選址斷層破碎帶勘探中的應用[1-2]。

1 工程概況

大別山區某水庫選址地質勘探中，上壩址河床右側鉆孔ZK7揭露出斷層破碎帶，但垂直與河道兩側鉆孔均為揭露到斷層破碎帶，疑似為陡傾角斷層破碎帶，需進一步通過工程物探手段查明斷層走向及大小，為繼續開展工程地質勘查提供方向。

水庫壩址選址區域，河道兩側為中低山，兩岸山坡陡峻，一般山坡坡度在30°-50°，山坡表面覆蓋較淺，植被茂盛[3]。

2 高密度電法工作原理及工作布置

2.1 工作原理

高密度電法具有數據采集量大、裝置類型多、分辨率高等特點，是斷層破碎帶探測中最常用的方法。它是一種陣列探測方法，測點密度高，只需一次性將全部電極布置在一定間隔的測點上，自動轉換電極裝置形式、極距及測點等，即可實現野外數據的高效快速和自動采集。高密度電法采用成像色譜圖表示視電阻率等級剖面圖，直觀形象地刻畫地電斷面的結構與分布形態。

高密度電阻率法屬于直流電阻率探測法的一種特殊形式，其基本原理是通過給AB極供電，測量MN電位差，計算視電阻率ρs的變化來判定斷層破碎帶走向及大小。

(1)

式中：△U為M,N間電位差，I為供電回路電流，K為裝置系數。根據觀測方式的不同可分為偶極裝置、溫納裝置、施龍貝格裝置、三極裝置等。

2.2 工作布置

本次共布置6條高密度電法測線，其中順河流方向2條左側沿路邊1條，右側沿河灘地兩條，垂直與河道方向3條，高密度電法測線布置平面圖，見圖1。

圖1 高密度電法測線布置平面圖

其中測線1和測線2布置在河右岸沙灘地上，電極距為3m，共布設60個電極；測線3、4、5垂直與河道布置，其中測線3和測線4正交河道，電極距為1.5m，分別布設42個電極；測線5斜向垂直與河道，電極距為1.5m，共布設50個電極；測線6沿著左岸公路內側布置，電極距為2m，共布設60個電極；均采用溫納裝置形式，隔離系數均取12[4]。

3 成果分析

采用GPS測量系統，對測線上所有電極測量其坐標信息，加入到高密度電法采集的原始數據中，通過瑞典Res2dinv軟件對原始數據先剔除奇異點，再進行二維數據反演，最后展開地形信息。通過視電阻率剖面圖數據可以看出：

1)測線1：在橫坐標15-26m，高程約148-160m，范圍內存在低阻異常區域，疑似破碎充水導致。36-66m，高程152-157m，范圍內存在相對低阻異常區域，疑似有少量破碎充水。測線一視電阻率剖面圖，見圖2。

圖2 測線1視電阻率剖面圖

2)測線2：在高程150-158m存在低阻帶，疑似破碎充水導致，其中橫坐標21-51m，電阻率值較低，疑似破碎嚴重。測線二視電阻率剖面圖，見圖3。

圖3 測線2視電阻率剖面圖

3)測線3：在橫坐標24-30m處，高程約155-163m，存在低阻異常區域，疑似破碎充水；在橫坐標37.5-45m，高程157m附近存在低阻異常區域，疑似破碎充水，此處與測線2交匯，均存在低阻異常。測線三視電阻率剖面圖，見圖4。

圖4 測線3視電阻率剖面圖

4)測線四：在橫坐標21-25.5m處，高程約156-165m，存在低阻異常區域，疑似破碎充水；在橫坐標39-46.5m，高程157m附近存在低阻異常區域，疑似破碎充水，此處與測線1交匯，均存在低阻異常。測線四視電阻率剖面圖，見圖5。

圖5 測線4視電阻率剖面圖

5)測線五：在橫坐標31.5-51m處，高程約151-160m，存在低阻異常區域，疑似破碎充水；且此處與測線2交匯，均存在低阻異常。測線五視電阻率剖面圖，見圖6。

圖6 測線5視電阻率剖面圖

從垂直與河道三條斷面圖可以看出，均在河谷與河灘地之間的斜坡段出現低阻異常區域，疑似斷層位置，且在斷面圖橫坐標大號端與測線1和測線2低阻異常區域吻合，需進一步驗證。

6)測線六，在橫坐標64-72m附件，存在高阻異常，疑似火成巖侵入。測線六視電阻率剖面圖，見圖7。

圖7 測線6視電阻率剖面圖

綜合以上批判，可以推斷出此處可能存在一個順水流方向，左傾斜斷層破碎帶，傾角約75°，建議在斷層破碎帶位置左右各布置鉆孔，進一步確定斷層的走向及大小。后經過鉆孔揭露，此處存在順水流方向斷層，產狀N65-75°E，NW∠75-80°，帶寬6.0-7.0m，帶內為擠壓破碎巖石，片理化，硅化，巖石強風化，有石英脈充填，夾斷層泥，斷層帶兩側巖石蝕變，影響帶較寬[5]。

4 結 語

高密度電法在地質勘探中使用較為廣泛，通過高密度電法等物探手段，為鉆探提供方向和信息，可以有效減少鉆探的工作量，更加準確的查明地質構造。同時在開展物探工作前，應充分收集相關資料，了解地質構造背景，熟悉工區實際地形地質條件，確認具備的工程物探前提，正確選擇測線方向，長度以及使用適當的電極距和參數。本次高密度電法工作，根據工區實際地質環境，共設置6條測線，呈十字交叉，物探探測效果良好，為進一步勘察提供了依據。