综合物探方法在构造调查中的应用

2014-10-26黄玉辉

陕西水利 2014年4期

黄玉辉

（新疆水利水电勘测设计研究院新疆昌吉 831100）

1 前言

构造是岩石或岩层受了内力或外力作用而产生的原始位态或面貌，如层理，粒序层、波痕等各种原生构造，以及各种原始位态或面貌的改变，即变形与变位，如各种次生的褶皱、节理、断层、韧性剪切带、裂谷，俯冲带、转换断层等。在工程物探中，圈定构造带和构造破碎带主是利用构造带和构造破碎带与正常基岩之间的弹性波差异、电性差异和电磁性差异等，使用重力法、磁法、大地电磁电法等物探方法在同一区域上测试，找出异常位置，通过对异常部分的分析来圈定构造影响带。

2 仪器工作原理

2.1 重力仪的工作原理

当重力发生变化引起摆杆偏离水平位置时，指示丝随之偏转，通过一套光学系统即可发现指示丝形成的“亮线”在刻度片上偏离零线的位置。这时调节测量弹簧的长度，就可以使温度补偿杆绕测量扭丝作微小偏转，从而改变了主弹簧的弹力矩，使摆杆又回到零点位置。弹簧长度的变化，可以通过连接在它上端的螺旋测微读数器显示出来，这种读数方法称为零点读数法。两次零点读数的差值，就指出了重力的变化量。

2.2 磁力仪的工作原理

自然界的岩石和矿石具有不同磁性，可以产生各不相同的磁场，它使地球磁场在局部地区发生变化，出现地磁异常。磁力仪利用静态激发质子在地磁场内的拉莫尔进动效应测量磁场。

2.3 V8多功能电法仪的工作原理

V 8电法工作站具备时间域的常规电剖面、电测深、高密度电法、瞬变电磁测量功能；具备频率域的M T(大地电磁法)、AMT(音频大地电磁法)、CSAMT(可控源音频大地电磁法)等功能。

音频大地电磁法（AMT），是利用天然音频大地电磁场作为场源（频率范围为5Hz～104Hz），属于被动源电磁法，观测电场和磁场分量。主要解决地质构造等问题。该方法具有设备轻便、工作灵活、成本低廉的优点。其最大的弱点是天然音频电磁场的信号太弱，它只能在干扰小的情况下才能取得好的结果。

可控源音频大地电磁简称CSAMT，是利用接地水平电偶源为信号源的一种频率域电磁测深法，CSAMT采用了大功率的人工场源，具有信号稳定、信噪比高、穿透能力强、探测深度大等特点。近几年来CSAMT在研究确定隐伏构造等方面得到了广泛应用。

3 工程实例

3.1 工程概况

某水利工程需要在地下深度500 m～800 m开挖引水隧洞，要求物探对洞线桩号段171+8000～174+8003进行勘查，圈定构造带或构造破碎带。

3.2 试验工作

上述各项试验具体方法和要求均按《重力调查技术规定（1:50000）D Z 0004-1991》执行。

3.2 测试成果分析

3.2.1 重力

首先工作前按《重力调查技术规定（1:50000）D Z0004-1991》中的要求进行了试验工作，试验结果见图1、图2。

仪器零点漂移曲线符合规范要求。

图1 静态试验测定

图2 动态试验测定

图3 局部重力异常图

图4 局部Δg异常垂向一阶导数图

图5 磁法剖面图

图6 AMT视电阻率剖面平面图

对局部重力异常进行分析，如图3所示。

分析3km的局部重力异常剖面，从171+800点至172+580点之间，异常值逐步减小，推测172+320点到172+580点之间有断裂分层，但具体分层界限不明；172+580～174+500段异常值由小到大，再到小，其中173+200点到173+760点处出现V字型缺口，异常差值达0.5mgal以上。很明显该处有质量亏损，即存在断裂破碎带，只能看出大致位置，具体界限不明；174+500～174+800段异常值逐渐减小，呈南高北低的趋势，推测可能有分层，参考南部曲线形态，以-0.5mgal为横轴与曲线相交，可能分层位置在174+560点附近，具体位置需进一步分析。

因为局部重力异常无法看出具体分层界限，对局部重力异常进行垂向一阶导数处理。重力垂向一阶导数在放大高频成分的同时，又能压制低频成分，因此垂向导数既突出局部异常又压制区域异常，还能区分相邻异常，减小其相互叠加的影响。从理论上讲，剖面图上垂直一阶导数的零值点，在平面图上是零值点连线，可以确定地质性密度变化的边界位置，如断层、不同密度构造分界线等，如图2所示。

断裂破碎带界限为173+160点到173+360点之间。

3.2.2 磁法

首先，工作前按《地面高精度磁测技术规程D Z/T0071-93》中的要求进行了试验工作仪器噪声试验测定：

表1 噪声试验结果表

仪器一致性测定：

表2 仪器一致性计算结果表

分析3km长磁法剖面（见图5），主要分为三个异常区，即171+800～172+700磁场高值区。

磁场值在57670nT～57860nT之间，磁场不稳定，磁场值变化较剧烈。该区域磁场值较大，极大值在172+120点处，紧接着在172+280点处伴生极小值负异常，推测该处地层与中部地层不一致，在172+280点处有明显分层界限，可能为断裂分层导致，结合区域地质图来判断，推测其为火山岩地层。

在测线中部172+300～174+300，大部分为背景场，磁场稳定，只在173+000点到173+240点和173+720点到173+800点之间有两处正异常。173+0点到173+240点之间的异常较大，异常较宽，变化较大，推测为断裂破碎带引起；173+720～173+800点之间的异常宽度较小，推测为表浅部含铁磁性物质。

在测线174+300～174+800处磁场变化较为剧烈，但幅度相对南部高值区较小，在57660nT～57780nT之间变动，在174+560点附近出现极小值，推测该处也存在断裂分层，但结合中部和北部曲线来看，有可能为同一地层，而在此处被断裂分开了，故推测该处也为沉积岩地层。

结合重力分析，重力推测出来的断裂分层界限相对于磁法有偏移，因为相对来说，磁法是浅部异常的反映，重力是深部异常的反映，故两者相互对应，互相印证，结合区域地质图，南部为火山岩地层，在172+360点处分层，中部为沉积岩地层，其中173+160点到173+360点之间为断裂破碎带，北部在174+200点处分层，但很可能与中部是同一沉积岩地层。

图7 CSA MT视电阻率剖面平面图

3.2.3 AMT和CSAMT

在AMT视电阻率剖面平面图（如图6）中可以看到，从点172+840至点173+320地表至地下200m左右均为中低电阻率(≤70Ω·m)，自1280点向下部延伸均为低电阻率(约70Ω·m左右)，且随着深度的增加范围增大，而在1280点两侧的测点深部均为中高电阻率(≥100Ω·m)，且电阻率值接近。

在CSAMT视电阻率剖面平面图中（如图7）同样可以看出，从点172+880到点173+360地表至地下200m左右均为低电阻率(≤160Ω·m)，自点173+200到点173+280向下延伸为中等电阻率(约100Ω·m～400Ω·m)，而在该范围两侧的测点向深部延伸均为中高电阻率(≥400Ω·m)，两侧电阻率值接近，这与AMT方法中电阻率分布情况相同。

根据收集到的地质资料来看，初步推测浅部低电阻率区域为破碎带，剖面中部的173+200点到173+280点处为断层，断层两边的高电阻率区域为同一套地层。根据CSAMT中的中等电阻率分布状况来看，该断层为向北陡倾。

3.3 结论

测区应用重力、磁法、电磁法勘探均可以直接圈定较大的断裂构造。其中重力、磁法勘探能够快速的了解测线方向上的岩性分布情况，尤其是在岩性接触带上和断裂破碎带上有良好的显示。电磁法勘探（AMT、CSAMT）主要探测纵向电阻率参数，能够清晰的反映出地下特定深度上电阻率分布情况，进而得到断裂延伸方向，以及破碎带是否含水等信息。