高密度电法在探测隐伏断裂中的应用

刘艳春 高树义 庄明芳

(山西省地震局，山西 太原 030021)

高密度电法在探测隐伏断裂中的应用

刘艳春 高树义 庄明芳

(山西省地震局，山西 太原 030021)

应用高密度电法对长治盆地的文王山地垒南侧断裂进行了探测，结合周围钻孔地层资料进行了地质解译，并根据电阻率曲线异常特征揭示了该断裂的空间位置和相关地质参数，说明高密度电法探测技术在隐伏断裂探测中具有广阔应用前景。

高密度电法，断裂，隐伏断裂探测

0 引言

隐伏断裂是在地表无显示或出露不明显而潜伏在地表以下的断裂[1-4]。研究表明，运用高密度电法层析成像技术，可以探测断裂的空间位置及相关地质参数，从而使重要设施有效地避开隐伏断层，最大程度减轻地震灾害[5]。

为了进一步研究高密度电法在隐伏断裂探测中的应用，我们在潞城县北部天脊集团乙醇项目场地西侧布设了2条高密度电法测线，对文王山地垒南侧断裂进行高密度电法探测，并结合钻孔地层资料对断裂大致走向、上棱埋深、活动时代等进行了综合研究。

1 文王山地垒南侧断裂概况

文王山地垒南侧断裂位于长治盆地北缘文王山地垒南侧，为长治拗陷盆地文王山凸起和屯留拗陷的分界断裂(见图1)。野外调查表明，文王山地垒南侧发育早、中、晚更新世地层，直接覆于文王山前缘。水文地质资料查明，断层走向NEE70°～80°，倾向SE，倾角70°，垂直断距230 m～400 m，为一条隐伏的张性正断层。经野外地质调查，该断裂错断第四纪早更新世地层，第四纪中更新世地层未见错断，表明该断裂为早更新世断裂。

2 高密度电法探测系统

高密度电法的物理前提是地下介质间的导电性差异[6]。野外工作时，首先沿剖面按一定间距一次性布好多根电极，观测时，仪器可按照特定的装置方式接通电极，依次测量剖面上不同位置、不同深度的视电阻率值，从而获得一条完整的二维视电阻率剖面。根据实测的视电阻率剖面，进行计算、处理、分析，便可获得地层中的电阻率分布情况，从而可以划分地层、圈闭异常等。

根据探测要求，我们采用重庆奔腾数控技术研究所生产的WDJD-1多功能数字直流激电仪和WDZJ-1多路电极转换器所构成的WGMD-1高密度电阻率测量系统。数据采集后，应用RES2D软件对数据进行处理，根据得到的反映地下不同性质介质及断裂的产状和深度的二维地电断面图进行合理的地质解释[7]。

3 探测结果处理及解释

3.1 探测方案及测线布置原则

探测过程中考虑到测量深度及仪器分辨率、场地条件等问题，我们采用了温纳测量装置，电极距5 m。由现有资料知，工程场地通过的文王山地垒南侧断裂为NEE向，因此，我们在NW方向共布设了2条测线来控制该断层。测线布设见图1，测线参数见表1。

表1 高密度电法测线数据表

3.2 探测结果分析与解释

从剖面整体上看，电阻率值变化较大，这主要是由于工作区涉及黄土丘陵及基岩山地，不同的地貌单元，场地物性介质变化较大。根据地质调查及周围钻孔揭露，场地地表松散层由第四系中更新统及下更新统组成，场地地层相变不大，基底地层由古生界二叠系、石炭系及奥陶系地层组成，二叠系、石炭系岩性以砂岩、泥岩为主，奥陶系主要以灰岩为主。根据对比上述地层的电阻率值范围大致如下：

第四系下、中更新统粉质粘土、粘土：电阻率值在6.74 Ω·m～144.0 Ω·m之间变化。

二叠系、石炭系砂岩、粉砂岩、泥岩：电阻率值在48.9 Ω·m～909.0 Ω·m之间变化。

奥陶系灰岩：电阻率值在1 000 Ω·m～9 211.0 Ω·m之间变化。

下面对两个电阻率CT剖面的具体特征做一分析。

1)剖面A—A′。

从已了解的地质情况看，该剖面顶部为第四系松散地层，从图2可以看出，电阻率值在垂直方向上大致可以分为两层：

第一层电性层深度在1.5 m～30 m左右，该层电阻率值为相对低阻值区，该电性层的厚度变化较大，水平方向分布不均匀，在测线800 m左右该电性层的厚度发生较大变化。据钻孔揭露及地质调查，该层主要是由粉质粘土及粘土层组成。由剖面可见北西部该层厚度较薄，仅为1.5 m～7 m左右。东南部该层厚度可达30 m左右。该层的电阻率在7.38 Ω·m～40 Ω·m之间变化，电阻率曲线稳定连续，第四纪中更新世粉质粘土层未见错断迹象。

第二层电性层深度在7 m～50.5 m之间，该层电阻率值为相对高阻值区，电阻率值曲线呈向南倾斜的舒缓波状，这与场地地层为基岩相对应。该物性层在高阻值的背景下，又分为两部分，在剖面测线0 m～800 m段，电阻率在93.2 Ω·m～842 Ω·m区间变化，阻值相对较低。在剖面测线800 m～1 050 m段，为连续的高阻值，该层的电阻率在1 178 Ω·m～4 310 Ω·m区间变化，电阻率阻值发生突变，显示物性介质发生突变，且电阻率曲线由舒缓波状变为近于直立。根据电阻率值数值特征，推测在剖面测线0 m～800 m段为石炭、二叠系的砂岩、泥岩。在剖面测线800 m～1 050 m段，为连续的高阻值，所对应的基岩地层为奥陶系灰岩。

推断该处异常现象的出现与断层有关，根据已有资料显示，文王山地垒南侧断裂由附近通过，由此可以推测在A—A′测线800 m处电阻值异常变化是文王山地垒南侧断裂引起的，根据电阻率曲线异常特征，推断断层异常带宽150 m左右。

由图3(电阻率CT地质解译图)可见，剖面中文王山地垒南侧断裂错断了基岩地层，推测上盘地层为奥陶系灰岩、石炭系铝质泥岩，由电阻率曲线呈舒缓波状的特征可以看出，近断面处奥陶系地层拖曳现象明显，地层倾向南，视倾角在55°～70°之间，推测破碎带上窄下宽，破碎带宽度150 m左右。由于断裂的原因，以测线800 m处为界，测线南部的新生界松散层的厚度达30 m左右，而测线北部新生界松散层仅为数米。

综上所述：文王山地垒南侧断裂由测线A—A′ 800 m处通过，断裂上棱埋深约10 m，该断裂未错断上覆第四系中更新统粉质粘土。

2)剖面B—B′。

该测线是剖面A—A′的补充验证测线。从图4可以看出，电阻率值在垂直方向上大致可以分为两层：

第一层电性层深度在1.3 m～15 m左右，该层电阻率值为相对低阻值区，该电性层的厚度变化较大，水平方向分布不均匀，在测线140 m左右该电性层的厚度发生较大变化。据地质调查，该层主要由粉质粘土及粘土层组成。由剖面可见测线北部该层厚度较薄，仅为1.3 m～5 m左右。测线南部该层厚度可达15 m左右。该层的电阻率在9.03 Ω·m～144 Ω·m之间变化，电阻率曲线稳定连续，结合场地地质调查(见图4)，第四纪中更新世粉质粘土层未见错断迹象。

第二层电性层深度在5 m～50.5 m左右，该层电阻率值为相对高阻值区，电阻率值曲线呈向南倾斜的舒缓波状，这与场地地层为基岩相对应。该物性层在高阻值的背景下，又分为两部分，在剖面测线140 m～300 m段，电阻率在361.0 Ω·m～909 Ω·m区间变化，阻值相对较低。在剖面测线0 m～140 m段，为连续的高阻值，该层的电阻率在2 285 Ω·m～9 000 Ω·m区间变化，电阻率值发生突变，显示物性介质发生突变，且电阻率曲线由舒缓波状变为近于直立。根据电阻率值数值特征，推测在剖面测线140 m～300 m段为奥陶系灰岩破碎带。在剖面测线0 m～140 m段，为连续的高阻值，所对应的基岩地层为奥陶系灰岩。

测线140 m处异常值的位置与测线A—A′ 800 m处值异常基本在同一走向上。推断该处异常现象的出现与文王山地垒南侧断裂有关，由此可以推测在B—B′测线140 m处阻值异常变化是文王山地垒南侧断裂引起的。

由图5(电阻率CT地质解译图)可见，剖面中文王山地垒南侧断裂错断了奥陶系基岩地层，视倾角在60°～70°之间。由于断裂的存在，以测线140 m处为界，测线南部的新生界松散层的厚度达15 m左右，而测线北部新生界松散层仅为数米。

综上所述：文王山地垒南侧断裂由测线140 m处通过，断裂上棱埋深约7 m，该断裂未错断上覆第四系中更新统粉质粘土。

4 结语

电阻率CT剖面及地震地质调查认为，场地上部松散地层为第四系中更新统及下更新统，岩性以粉质粉土、粘土为主，中更新统以粉质粘土为主，下更新统以粘土为主。在剖面A—A′测线800 m处为电阻率异常，剖面B—B′测线140 m处为电阻率异常，该两处异常是由于文王山地垒南侧断裂造成，确定该断裂走向为NEE75°，断裂破碎带宽度约150 m，断裂上棱埋深约7 m～10 m。断裂未错断上覆第四系中更新统粉质粘土，为早更新世断裂。

[1] 李自红，陈 文，曾金艳.超长电磁波法在隐伏断裂探测中的应用[J].山西地震，2009(1):21-24.

[2] 程 邈，傅焰林.高密度电法在查明隐伏断裂中的应用[J].工程地球物理学报，2011，8(4)：417- 420.

[3] 李自红，刘鸿福，张 敏，等.地震与活动断裂空间关系的三维可视化建模[J].地震地质，2013,35(3):565-575.

[4] 李自红，刘保金，袁洪克，等.临汾盆地地壳精细结构和构造—地震反射剖面结果[J].地球物理学报，2014(5):1487-1497.

[5] 杜 良，葛 宝.综合物探技术在隐伏断层探测中的研究与应用[J].工程勘察，2012(1)：81-85.

[6] 杨金山，张立忱.高密度电法在近场区断层探测中的应用[J].东北地震研究，2007，23(4)：47-51.

[7] 吕玉增，阮百尧.高密度电法工作中的几个问题研究[J].工程地球物理学报，2005，2(4)：264-268.

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

刘艳春(1981- )，女，硕士，工程师； 高树义(1963- )，男，工程师； 庄明芳(1963- )，女，助理工程师

TU412

A