聯合剖面法在探測隱伏斷層中的應用

何 勝，潘 軍，萇有全

1. 青海省環境地質勘查局，青海 西寧 810008；2. 青海省環境地質重點實驗室，青海 西寧 810008；3. 青海省地質環境調查院，青海 西寧 810008；4. 青海九零六工程勘察設計院，青海 西寧 810008

0 引言

甘肅民勤地處石羊河流域最下游，具有豐富的自然資源。冬寒夏熱，多風沙、少降雨的大陸性沙漠氣候特征十分明顯，其日照時間長，光輻射強，晝夜溫差大，非常適宜于農作物生長。根據民勤縣鄧馬營灘地農田供水規劃，筆者在該區進行了農田供水水文地質詳查物探工作，主要目的是了解湖盆地層巖性結構，尋找隱伏斷層的位置，查明其邊界條件，為農業開發合理有效利用地下水（布孔打井）資源提供詳實的水文地質資料。

聯合剖面法是地球物理勘探領域一種重要的方法[1]，該方法是以巖（礦）石的電阻率差異為基礎，通過測量地下不同深度以及不同位置的視電阻率的變化規律，研究地下各種地質構造和地質異常體的發育和分布情況，可提供構造破碎帶的位置、規模、走向和傾向等資料，具有簡單直觀、分辨能力強和異常明顯等優點，適合于探測一切形狀和產狀的地質構造[2-3]。

1 自然地理地質概況

鄧馬營灘地是騰格里沙漠西部較大的湖積盆地之一，居沙漠腹地，交通極為不利。測區周圍多為固定、半固定新月型沙丘，灘地內地勢相對平坦開闊，海拔1 450～1 500 m，總體地勢自西南向北東傾斜。灘地表層以鹽漬土為主，植被大部分為鹽生灌叢。區內年降水量120～160 mm，蒸發量達2 600 mm左右。

測區處于河西構造體系中三級構造單元湯家海—鄧馬營湖新近系—全新統斷陷湖盆南部，從區域構造對比分析，湖盆東緣陡、西緣緩，斷陷軸面傾向北東。新構造運動十分強烈，從地形地貌看，湖盆與外圍地塊均產生不均勻升降，風積沙與湖盆邊界和斷裂帶分布走向大體一致，從而為物探尋找追索隱伏斷層構造具有良好的間接標志作用。基底為新近系上新統（N2）含礫砂巖、泥巖等，該巖性分布廣泛，構成湖盆區良好的隔水地板。第四系巖性主要有湖湘特征的中—下更新統、中—上更新統、全新統的湖積細砂，粉砂夾粘土及中粗砂、中細砂和含鹽量較高的鹽漬土。上部為潛水，下部為承壓水的第四系孔隙水含水層主要巖性為粗中砂、細粉砂等，地下水主要接受來自湖盆南部地下水徑流補給，在湖盆東北部邊緣以泉水或潛流形式注入湯家鹽海。

2 工作原理

聯合剖面法是電剖面法中最重要的方法[4]。由于它是由2個三極裝置組合而成，因此提供了較為豐富的地質信息[5-6]。視電阻率聯合剖面法是利用供電電極與測點的不同位置關系，對地下（巖層中）局部電阻率異常體的規模、位置、產狀進行勘查，在構造帶探查中具有明顯的效果[7-9]。聯合剖面裝置是由裝置AMN和MNB組成的（見圖1），其中A、B為供電電極，M、N為測量電極，當裝置通過某界面時其所對應的ρsA和ρsB剖面曲線的特征是不同的[1]，如圖2所示，如果測區內有與測線相交的斷裂帶存在，曲線將有低阻正交點出現（地下水位以下的基巖破碎帶表現為低阻異常），據此可大致推定異常位置，并利用改變極距的方法判定傾向[2-3]。

圖1 聯合剖面法裝置圖Fig. 1 Schematic diagram of combined electrical resistivity

圖2 低阻體上聯剖和對稱四極剖面法 ρs 曲線Fig. 2 ρs curves of low resistivity body upper symmetrical section and symmetrical quadrupole section method

3 灘地巖性地球物理特征

依據物探資料，經統計、分析后可以看出：第四系不同巖性之間均有電性差異，特別是第四系的粗中砂與基底新近系泥巖、泥質砂巖電性差異甚大，且在電測深曲線上反映明顯，易于分辨、解釋。各巖性層視電阻率如下：鹽漬土ρs=5～10 Ω·m，亞砂土ρs=15～30 Ω·m，粉細砂夾粘土層ρs=40～55 Ω·m，中細砂ρs=70～95 Ω·m，粗中砂ρs=90～110 Ω·m，泥巖、泥質砂巖（N2）ρs=15～20 Ω·m，詳見表1。測區第四系不同巖性堆積物，其電阻率大小主要受碎屑物的成份、粒徑、含泥砂量、濕度、地下水礦化度等因素制約，在垂向上呈現由淺及深逐漸減小的電性變化規律，這也為利用聯剖方法探測隱伏構造（巖性）提供了地球物理前提。

表1 測區介質物性參數Table 1 Physical properties of medium in the measuring area

4 測線布置與工作方法

由于測區缺少詳細地質資料，工作時根據野外現場實際踏勘情況和地形地貌條件，在湖盆東、西、北部邊緣布置了多條近東西向或南北向的聯合剖面測線。聯合剖面法采用的裝置形式為A225M50N∞M50N225B同向同步逐點進行觀測。AO=250 m，MN=50 m，點距=25 m，縮小極距后AO=110 m，MN=20 m，點距=25 m。其中3條剖面布置在地形地貌條件反映有隱伏斷層發育分布的東、北部邊緣地形相對開闊平坦部位，主要是探尋湖盆東部邊緣北西向隱伏構造分布、發育情況等。

本次物探工作采用重慶奔騰數控技術研究所研制的WDJD-3多功能數字直流激電儀。剖面方向采用GPS、森林羅盤定向，測點定位以GPS測定坐標并以實物（木樁、竹簽）作標記。

5 資料分析解釋

Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ線聯合剖面分別布設于鄧馬營灘地東、北部邊緣的南井、堿槽子、甘草秧井三個地段。Ⅰ、Ⅱ線垂距1 km，Ⅱ、Ⅲ線垂距3.5 km，三條剖面近東西向布設，Ⅰ線剖面長300 m，Ⅱ線剖面長400 m，Ⅲ線剖面長450 m，見Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ線ρS剖面平面圖（圖3），作圖時只截取剖面部分長度。、ρSB兩支曲線反映在Ⅰ線48～50號測點間，Ⅱ線50～52號部位，Ⅲ線52～54號測點處各有一明顯的低阻正交點異常反映，且ρSA、ρSB曲線在交點兩側的極小值基本一致，曲線跳躍變化較小，分離度稍差，據以上異常特征結合地形地貌地質條件，綜合分析推斷上述3處為一低阻斷層構造帶的反映（3條剖面低阻正交點連線方向即為斷層構造帶走向）。ρSA、ρSB兩支曲線變化平緩，呈現無明顯的梯度帶變化特征，說明斷層兩側巖性均勻相同，表現為相對低阻的電阻率態勢，為新近系的含礫砂巖反映。

圖3 聯合剖面法 ρs 剖面平面圖Fig. 3 Plan of ρs section of combined section method

Ⅲ線反演成果如圖4所示，當OA=110 m時，聯合剖面曲線在50號點附近出現視電阻率低阻正交點，當OA=250 m時，聯合剖面曲線在52號點附近出現視電阻率低阻正交點，通過將其兩極距正交點連線，推斷出該處為一傾向東的斷層，斷層東側為上升盤，西側為下降盤，傾角較大，為陡傾斷層，傾角約80°。由此可以看出Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ線聯合剖面所探尋到的斷層即是貫穿南北的北西向大斷裂（F6），它控制了湖盆的東緣邊界，這一推論與地質測繪航衛解譯完全一致。通過上述物探工作結合地面地質調查，最終孔位定于Ⅲ線52號測點（實施鉆孔為ZK2號鉆孔）。

圖4 聯合剖面法Ⅲ線不同極距 ρ s 曲線圖Fig. 4 ρ s curves of different polar distances in line III of joint section method

圖5為ZK2鉆孔柱狀圖，ZK2號鉆孔位于Ⅲ線52號測點附近，從鉆孔柱狀圖可以清楚的看到在47.6 m揭露斷層破碎帶，與物探推測斷層位置基本吻合。

圖5 ZK2鉆孔柱狀圖Fig. 5 Histogram of ZK2 borehole

6 結論

（1）通過對物探野外采集數據的處理并結合區域水文地質資料，分析推斷出了測區湖盆東部邊緣的北西向主斷層構造帶。建議在構造部位施工成井，后經鉆探揭露驗證與物探推斷斷層特征相吻合，日涌水量達千余立方，水質水量滿足單井要求。

（2）聯合剖面應盡可能地布置在地形地貌條件相對平坦開闊、障礙物影響較小的地段。應布設不同的AO極距，才能精確評判斷層的傾向，且應先探測斷層的走向后，在異常地段再布置小極距精確判斷其傾角。

（3）聯合剖面曲線上的“低阻正交點”是隱伏斷層的明顯標志。通過實踐工作，該方法尋找隱伏斷層的成本低，易于開展野外工作，能夠準確的判斷隱伏斷層的特征。因此，該方法可以廣泛運用于尋找隱伏構造中。