高密度电法在城市轨道交通工程隐伏断层探测中的应用

2016-12-06徐健楠汤斌峰

铁道勘察 2016年5期

关键词：凝灰岩电法测线

刘猛徐健楠汤斌峰

(中铁工程设计咨询集团有限公司，北京 100053)

高密度电法在城市轨道交通工程隐伏断层探测中的应用

刘猛徐健楠汤斌峰

(中铁工程设计咨询集团有限公司，北京 100053)

某市轨道交通2号线一期工程有两处隐伏断层与线路相交，在勘察过程中应用高密度电法与钻探相结合的勘察方法查明了隐伏断层破碎带与线路的交汇位置，与区域地质资料中线路相交的两处断裂带相符，对轨道交通工程中隐伏断层的勘察具有一定的指导意义。

高密度电法隐伏断层勘察轨道交通

隐伏断层，即潜伏于地表以下、于地表无出露的断层。由于其具有很强的隐蔽性，在工程建设中往往对其不够重视，一旦断层发生活动，在没有设防的情况下便会造成严重的破坏[1]。如果工程场区深部不存在发震断层，即使存在浅部断层，该场区地震危险性及其危害性也不大，一旦工程场区深部存在的发震断层与浅表断层具有一定的耦合关系，此时不但存在地震危险性，且地震造成的危害也很大[2]，若断层不具有活动性，但由于断裂带内岩体破碎，地下水发育，对工程建设也有一定的影响。高密度电法探测手段是一种在技术上有较大进步的方法[3]，在隐伏断层的探测方面有其独特的优点[4]，可以快速、有效判定隐伏断层的位置[5，6]，可为断层的活动性和地震危险性提供一些依据[7]。

1 高密度电法原理及仪器选择

高密度电法测量系统：按照不同的地层视电阻率参数的差异，按其视电阻率值的高低及分布形态来区分岩性，发现破碎带，推测有用的地质目标[8]。通过A、B电极向地下供入电流I，然后在M、N极间测量电位差ΔV，根据欧姆定律可求得测点视电阻率值ρs=K·ΔV/I(如图1所示)。根据实测的视电阻率数据，进行反演计算、分析，便可获得地下不同地质体的电阻率分布情况，进而推测不同地质体赋存位置，具有对地质构造分辨率高的优点[9]。

图1 电阻率探测原理

本次探测工作使用仪器为重庆奔腾数控技术研究所生产的WGMD-3A型高密度电法勘探系统，采用参数为：点距3 m，120个电极，排列长360 m，采用施伦贝尔装置。

2 隐伏断层的探测及分析

某市轨道交通2号线一期工程沿线总体地形地貌为长江二级阶地和山前倾斜平原，地形较平坦开阔，有两处隐伏断层与线路相交。根据区域地质资料，查明与2号线一期工程相交的两条断层为：(1)F1断层为推覆断层，长约25 km，总体走向20°，倾向110°，倾角5°～20°，覆体主要由二叠系-三叠系地层组成的背斜叠覆于白垩系之上，出现三叠系下统灰岩的“飞来峰”，岩石挤压破碎。线路在CK9+100附近与其相交。(2)F2断层为逆断层，长约23 km，走向90°，倾向180°，倾角63°，北盘下降，南盘上升，在岩体出露处可见断层破碎带。该断层形成于燕山早期，至喜马拉雅早期仍有活动，线路在CK14+250附近与其相交。在勘察过程中，采用高密度电法与钻探相结合的综合方法，通过不同勘察手段的相互印证[10]，探测隐伏断层的准确位置、断层带宽度及延伸，断层带岩体的破碎程度、富水状况，对评价断层对轨道交通工程产生的影响具有重要作用。

根据轨道交通2号线一期工程岩土工程初步勘察的成果资料，场地主要岩土层如下所述。

(1)CK0+000～K9+270段：长江二级阶地，地形较平坦。上覆第四系全新统填筑土，沿线均有分布，厚1.5～5.8 m。第四系全新统冲洪积淤泥质粉质黏土、粉土、粉质黏土、粉砂、细砂和中砂，厚度约35～40 m，基底为圆砾土、卵石土、泥质砂岩和凝灰岩。沿线地下水位埋深约0.2～4.5 m。

(2)CK9+270～CK15+733.08段：山前倾斜平原，地形略有起伏。上覆第四系全新统填筑土，沿线均有分布，厚1.0～6.8 m；第四系全新统冲洪积粉质黏土、粉土、粉质黏土、粉砂，厚度约10～30 m，基底为泥质砂岩、凝灰岩和砾岩。沿线地下水位埋深约1.1～4.0 m。

图2 CK8+972～CK9+272段工程地质纵断面

图3 CK14+577～CK14+958段工程地质纵断面

初勘钻探过程中分别于线路里程CK8+972～CK9+272和CK14+577～CK14+958处揭示疑似断层破碎带(如图2和图3所示)，由图2可知，钻孔M2CZ-66揭示的地层岩性为侏罗纪上统全风化凝灰岩、强风化凝灰岩，基岩面深度约为25 m，相邻钻孔M2CZ-65-1揭示地层岩性为白垩系上统强风化泥质砂岩、中风化泥质砂岩，基岩面深度约为26 m；由图3可知，钻孔M2CZ-13揭示的地层岩性为侏罗纪上统全风化凝灰岩、强风化凝灰岩，基岩面深度约为18 m，相邻钻孔M2CZ-12-1揭示地层岩性为白垩系上统强风化泥质砂岩、中风化泥质砂岩，基岩面深度约为18 m。初步推断两条隐伏断层分别于线路里程CK8+972～CK9+272和CK14+577～CK14+958处相交。为了进一步探查两处隐伏断层的准确位置、断层带宽度及延伸，于CK8+972～CK9+272和CK14+577～CK14+958处各布设一条高密度电法测线Ⅰ-Ⅰ′与Ⅱ-Ⅱ′(测线布置如图4与图5所示)，并得出两条测线的高密度断面图及其推断图(如图6与图7所示)。

图4 测线Ⅰ-Ⅰ′布置示意

图5 测线Ⅱ-Ⅱ′布置示意

图6 测线Ⅰ-Ⅰ′高密度断面图及推断

图7 测线Ⅱ-Ⅱ′高密度断面图及推断

根据钻孔资料，并结合高密度电阻率值反演剖面异常位置的地质解译进行分析[11]，从图6中测线Ⅰ-Ⅰ′的高密度电法断面可知，上部视电阻率值较低，为绿化带松软的泥土引起；中部深度10～40 m之间视电阻率较高，为硬塑黏土层及风化岩土层反映；下部深度40～80 m存在低视电阻率闭合圈，为破碎地层的反映，推测为破碎带发育区域。结合区域地质资料，推断为F1断层，位置位于CK9+072～CK9+252之间，断层带宽约180 m，断层不具有活动性，岩体破碎，富含地下水。

从图7中测线Ⅱ-Ⅱ′的高密度电法断面可知，上部视电阻率值较低，为绿化带松软的泥土引起；下部视电阻率值连续性较差，且具有较陡的高低视电阻率界面，结合图3中相邻钻孔所揭示的不同地层岩性可知，较陡的高低视电阻率界面为侏罗纪上统凝灰岩与白垩系上统泥质砂岩的岩性界面，且表现为凝灰岩上覆泥质砂岩，因此推断该处为一逆断层，位于CK14+760～CK14+890之间，断层带宽约120 m，断层不具有活动性，岩体破碎，富含地下水，与区域地质资料中F2逆断层相吻合。

3 结束语

在某市轨道交通2号线一期工程场地的隐伏断层探测过程中，运用高密度电法的物探手段，结合钻探方法，对隐伏断层破碎带的准确位置、断层带宽度以及延伸，断层带岩体的破碎程度以及富水状况进行了探测。高密度电法成果剖面直观，可形象地反映出所探测体的电性分布形态和结构特征，推测解释断层，可以作为线路不良地质或构造勘察的有效方法[12]。

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