特高压线路工程活动断层探查及处理措施

2018-07-25宋志远娄凤强王承林田秀军臧先刚

山东电力技术 2018年6期

宋志远，娄凤强，王承林，田秀军，臧先刚

（1.中国能源建设集团江苏省电力设计院有限公司，江苏南京 210024；2.国网山东省电力公司建设公司，山东济南 250001；3.国网山东省电力公司临朐县供电公司，山东潍坊 262600；4.国网山东省电力公司寿光市供电公司，山东潍坊 262700；5.国网山东省电力公司青岛供电公司，山东青岛 266002）

0 引言

断裂构造是指岩层受构造运动的作用，当所受的构造应力超过其破裂强度时，岩石或岩块失去连续性而产生断裂的地质构造，其主要类型为断层和节理。从引起断裂的地质应力方面看，断层的应力远远大于节理。从发生的岩体裂隙宽度、规模来看，也是断层远大于节理，因此断层构造对工程的影响要远大于节理。活动断层一般指的是第四纪全新世以来有活动性的断层，会严重危害到工程的安全。

工程设计中均需要根据工程等级对活动断层进行一定的避让措施。特高压线路工程为国家重点投资建设的项目，工程规模较大，重要性等级高，根据相关规范，需要避开8度地震区的活动断裂。因此，特高压工程勘察中必须查明活断层的分布状况，包括断层走向、破碎带宽度等。

活动断裂勘探可采用的方法有很多，比如地质雷达、高密度电法、电磁成像、遥感、土壤氡测试、浅层地震勘探、微动探测和钻探等［1-2］。从经济性、效率和准确性综合来看，高密度电阻率法在探测断层规模、走向、性状方面等具有很好的应用效果。高密度电阻率法是20世纪80年代新推出的一种电法勘探新手段。其原理与常规电阻率法基本相同［3］，但其相对于传统的常规电法而言，有其设计、技术实施上的优势，高密度电法的观测系统采用高端集成电路和自动控制系统，同时使用自由组合度极高的电极，这样能大幅度提高其作业效率，降低成本。同时，可获取更多的地电数据和信息，从而使电法勘探也能使用覆盖式的测量方式，达到了同地震勘探一样的测量水平。综上而言，高密度电阻率法比常规电阻率法的单点移动测量方式更加准确、方便、高效［4］。

1 工程路径条件

根据工程地质报告，特高压线路工程路径在山东省莒县小店镇附近与郯庐大断裂带中的安丘—莒县活动断裂近正交跨越，如图1所示。

图1 线路路径示意图

安丘—莒县断裂是沂沭断裂带东地堑内的一条断裂，总体走向 10°～25°，倾向西北或东南，倾角 25°～80°。断裂性质为逆断右走滑，在山东境内长度约360 km。根据有关资料，该断裂为一超壳断裂，是现代活动最为强烈、对沿沂沭断裂带的差异运动造成最大影响的断裂。它几乎全部发育在白垩系地层中，沿这条断裂发现了1668年郯城8.5级大地震的地震断裂及若干古地震遗迹。该断裂由一系列断续出现的几十公里长的断裂段斜列组成。断裂出露地段控制隆起与平原的分界，多处见到晚白垩世地层逆冲到晚更新世或全新世沉积无之上，形成高度不等的陡坎，并右旋错断冲沟、水系。在断续出露的断裂段中，其衔接部位多为局部坳陷或拉分盆地，如莒县断陷盆地、板泉拉分盆地等。该断裂为1668年8.5级地震的发震断裂，属全新世（Q4）强烈活动断裂［5］。

2 工程探测及验证

2.1 高密度电法工作原理

高密度电法属于地球物理勘探方法的一种，就其工作原理而言，其与常规电阻率法基本相同，不同之处在于其在观测时布置高密度观测点，即阵列点勘探方法。它也是以岩土体的电性差异为工作切入点，通过观测、分析、研究大地地中稳定的电流场分布规律，解决工程地质、水文地质和环境岩土工程问题。高密度电法工作原理如图2所示。

图2 高密度电法工作原理示意

由于地下介质不同而导致电性存在差异，当采用高密度电法向地下输入特定电压、电流的直流电时，被勘探体出现电压、电流异常，采集这些异常电信号数据，再经过数据反演得到被勘探体内部电阻率分布特性，进而分析研究地下不同介质的分布情况。在野外进行高密度电法工作时，可以一次性将使用的所有电极以最小极距布置（当所需电极数大于所有电极数时可采用滚动测量方式）。通过普通高密度多芯专用电缆连接到多路电极转换器上，由转换器将测量信号输送至高密度电法仪或采用分布式专用电缆直接连接高密度电法仪。在数据处理时，将测量数据导入计算机中，再利用专业数据分析处理软件对原始数据进行处理、分析。目前数据处理及成像技术越来越成熟，数据处理结果可根据需要绘制成各种曲线图或反演成果图等各种图件，能直观、清晰地显示出地下岩土介质的某些特性。高密度电法的测量装置与常规电阻率法的相同，例如对称四极、偶极—偶极、联合剖面等装置。目前应用较多的是对称四极装置（也称斯伦贝谢尔观测装置）。实际工作时装置的选择可根据不同的探测目的和被探测体的性质而选择适用的装置。

2.2 探测方法

2.2.1 设备及测线布置

勘探使用DUK-2A高密度电法测量系统，如图3所示。

图3 DUK-2A高密度电法测量系统

测线布置前，先进行野外地质考察，对11个地质点 D1～D11 进行考察［7］，其中 D1、D3、D4、D6、D7、D9断层破碎带发育明显，D5、D10断层活动性较差，D2、D8、D11未发现明显的断层破碎带。在初步掌握了断层带的走向和规模的情况下共布设2条测线，点距均为3m，测线编号为Ⅰ、测线Ⅱ，2条测线总长度990m，引用《莒县小店镇中心小学场址地震断层探测报告》中1条测线，点距为5m，测线编号为A，长度为1 160m。测线布置示意如图4所示。

图4 高密度电法测线布置

图5 Ⅰ测线电法测量和计算视电阻率断面、反演图

图6 Ⅱ测线电法测量和计算视电阻率断面、反演图

图7 A测线电法测量和计算视电阻率断面、反演图

2.2.2 探测结果

经分析处理得到3条测线剖面，如图5～7所示。

Ⅰ测线。测线布置于场地南部，电极主要布设于路边土地里，地面土层坚硬，整条测线电极接地情况良好，接地电阻一般在20～55Ω，整体范围为10～96Ω。整条测线地形较平坦，根据实际需求布设长度450m。分析实测视电阻率断面图与反演真电阻率断面图，测线140m处附近，断面图等值线异常，两侧实测电阻率值明显差异变化，多条等值线呈平行直立状，结合地质资料，推测该处为断裂通过位置，该点对应地面坐标为（118.78055°E，35.38259°N）。

Ⅱ测线。测线布置于场地河南村村东，电极主要布设于水泥路边土地里，整条测线电极接地情况良好，接地电阻一般在20～60Ω，整体范围为5～120Ω。整条测线地形比较平坦，根据实际需求布设长度540m。分析实测视电阻率断面图与反演真电阻率断面图，测线380～430m有明显浅层低阻区，结合实际情况，该处为旧河道，含水量较大所造成；测线240m处附近，断面图等值线异常且伴随电阻率值明显变化，综合地质资料，推测该处为断裂通过位置，该点对应地面坐标为（118.78660°E，35.39586°N）。

测线A电极设在田间土路，整条测线电极接地情况良好，接地电阻一般在60～150Ω，整体范围为23～195Ω。整条测线地形比较平坦，根据场地情况布设长度1 160m。分析实测视电阻率断面图与反演真电阻率断面图，测线920m处处等值线异常，推测该处为断裂通过位置，该点对应地面坐标为（118.79066°E，35.40375°N）。

结合前面地质调查的结果，给出断层及破碎带范围如图8所示。

图8 断层破碎带示意图

2.3 钻探验证

为验证断层通过位置，在线路路径两侧布设2条断层孔排钻，北侧排钻编号为剖面I，钻孔编号为（K1～K5）；南侧排钻编号为剖面 II，钻孔编号为（K6、GT66+1、K7-K8），根据钻孔揭露情况，断层泥在2个钻孔中出现（K1、K2），钻孔间距为2.00m。K1钻孔打穿断层泥，断层泥在该钻孔中的揭露厚度约为14.50m，由2.40m至16.90m，断层泥上覆地层为红褐色碎裂岩，岩芯揉皱变形，节理裂隙极发育。断层泥下面地层为红褐色碎裂岩，岩芯揉皱变形，节理裂隙极发育。K2未打穿断层泥，断层泥上端点埋深为7.3m，上覆地层为红褐色碎裂岩，岩芯揉皱变形，节理裂隙极发育。断层泥两端与接触地层关系如图9所示。

图9 断层泥两端与接触地层关系图

钻探结果显示，断层破碎带内的钻孔内的岩芯揭露显示岩芯较为破碎，见断层泥，而断层破碎带外两侧的两处塔位处钻孔岩芯较为完整。由此可见由高密度电法探测断层破碎带结果较为准确。

2.4 处理措施

针对以上给出的断层破碎带示意图（google earth文件），提取出破碎带边界坐标。根据相关规程规范，塔位应避开此活动断层不少于200m。此后设计人员根据本次提供的断层破碎带位置进行了塔位调整，塔位调整后，断层边界距离铁塔GT66约为367m，距离铁塔NJ21约为297m。顺利完成了塔位的布置工作。