综合物探方法在探明岩性分界线中的应用

赵承宝 高艳文 徐宁

摘 要：在管道线路勘察中，经常需要准确高效的探明岩性分界线以确保线路勘察的准确性，为后续的设计施工提供可靠依据。本文介绍了在中俄东线天然气管道工程线路勘察中，运用高密度电法及浅层地震折射法的综合物探方法准确探明岩性分界线的实例。工程实践证明，采用综合物探方法资料相互验证，能提高资料解释成果的可靠性和准确性。

关键词：综合物探方法;岩性分界线;高密度电法;浅层地震折射法

中图分类号：P631.3 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）02-0113-02

0 引言

中俄东线（黑河-长岭段）天然气管道工程起点为黑河首站，终点为长岭分输站，干线线路全长约737km。管道沿线自北向南以平原为主、局部有丘陵，沿线基岩广泛分布花岗岩、砂岩等地层，且随大地构造变化较大。岩性分界线直接关系沿线工程地质条件的變化，影响整个管线工程设计、预算、施工，如何准确有效的探明沿线岩性分界线，特别是土石分界是本工程的一项关键问题。

在中俄东线（黑河-长岭段）天然气管道工程详细勘探工作中，如何准确区分出沿线地层岩性分界线是工程概算及土石方工作量确定关键所在。尤其诸多河流具有非常特殊的地质、地理环境，河床覆盖层埋深一般几十米或近百米，在复杂的地形条件下或覆盖层深度变化较大的情况下，深厚覆盖层勘探给物探工作带来很大的难度，单一物探方法得出的结果有时不是十分可靠，需运用综合物探方法，多种物探方法的资料相互印证才能提高物探成果的可靠性和准确性，满足深厚覆盖层勘探的任务要求。在中俄天然气管道工程勘探工作中，因交通困难，不宜开展重型勘探方法，为查明该工程沿线敏感地段岩性分界线及基岩埋深情况，进行了物探勘察工作，我们以一条典型河谷勘探为例，进行论述。

1 区域地层及地球物理特征、工作布置及工作方法

1.1 区域地层

根据区域地质资料，穿越场区地层主要为第四系全新统冲积层、三叠系酸性火山岩，分述如下[1]：

第四系全新统冲积层（Q4al+pl）：本层以河流冲积为主，岩性上部为粉质粘土，下部为砂土、砂砾石，构成二元结构。局部上部砾砂较薄或缺失。厚度不一，一般多在1～7m之间。

三叠系白山组（T3b）：岩性以酸性熔岩、凝灰岩为主夹少量沉积岩，具轻微片理化。厚度大于616米。上下部有灰黑色片理化流纹质凝灰熔岩，中部为片理化凝灰质砾岩，砾石主要是流纹岩、石英斑岩及少量安山岩、粉砂岩、细沙岩、花岗岩、大理岩组成;底部有不稳定的安山岩。

1.2 地球物理特征

场区内地层主要由第四系全新统冲积层（Q4al）、三叠系白山组（T3b）角砾凝灰岩及晚印支期（ηγ51）花岗岩组成。场区物性特征见表1所示，可见三种主要地层在电性、波速上存在明显差异，符合电法和地震勘察前提[2]。

2 工作布置及工作方法

2.1 高密度电法

高密度电法是采用高密度布点，进行二维地电断面测量的一种物探勘探方法。基本原理与普通电阻率法相同，集中了电剖面法和电测深法的特点，电法探测是通过向地下供电，根据探测地下电场的分布状况，确定地下地层情况的一种物探方法。由于地下各种地层电阻率存在较大差异，随着地层的变化使地下电阻率在空间范围内产生相应的变化，人工供电形成的电场的分布状态即发生相应的变化，根据地下人工电场的变化特征，可以确定地下不同地层的空间分布状态[3]。根据现场测试，本次野外观测采用α排列，α排列电极排列示意如图1所示。

α排列测量断面为倒梯形;测量时AM=MN=NB为一个电极间距，A、B、M、N逐点同时向右移动，得到第一条剖面线;接着AM、MN、NB增大一个电极间距，A、B、M、N逐点同时向右移动，得到另一条剖面线;这样不断扫描测量下去，得到整条测线剖面的视电阻率断面。

2.2 浅层地震折射勘探

浅层地震折射勘探是目前工程地震勘探中技术最为成熟、应用最为广泛的地球物理勘探方法之一。本次浅层地震使用折射法，观测系统采用双重相遇追逐系统。这种观测系统的优点是既可以利用交点求出的两个速度值来控制速度在横向的变化，又可以利用大、小排列的两组T0值互相对比提高解释精度，也可以利用追逐时距曲线的平行性来延长解释区间，判定是否存在穿透现象[4]。

本次浅层地震勘探拟采用重锤夯击震源，观测系统参数根据现场试验确定，确定折射法工作参数如下：观测系统采用双重相遇追逐系统（图2所示）;道距5m，最小炮检距30m，24道接收，38Hz垂直检波器。

2.3 工作布置

根据勘察目的与任务要求，场区勘探范围内中线布置物探勘探剖面1条（剖面编号1-1），采用高密度电法及浅层地震折射两种勘探手段。经过现场试验确定，高密度电法运用α排列，5m最小电极距，剖面长度495m;浅层地震折射勘探设定道间距为5m，排列长度115m，最大炮间距145m。

3 资料分析及成果

3.1 高密度电法分析

高密度电法剖面495m，可探测的深度约50m，依据高密度电法反演成果图，对场区内覆盖层、岩性接触带进行分析，分析结果如下：水平里程1000m～1495m，视电阻率总体分布在10～1000Ω·m，个别地段表层砾石较多，接地条件较差，导致出现少数高阻情况;该地区地下水水位线对地层电阻率影响不明显。表层视电阻率约300～800Ω·m，厚约1m～8m，推断为第四系全新统冲积层;下部视电阻率在10～1000Ω·m，其中在里程1100m～1430m范围内视电阻率约10～300Ω·m，形成了低阻区，结合钻探成果，推断为角砾凝灰岩;在里程1000m～1150m及1420m～1460m范围内视电阻率约500～1000Ω·m，根据钻探结果，推断为花岗岩;在里程1000m～1150m范围内及1420m～1460m范围内，视电阻率急剧变化，结合地质条件认为系角砾凝灰岩和花岗岩的岩性接触带[5]。高密度电法反演成果剖面（1-1）图3所示。

3.2 浅层地震折射分析

浅层地震折射剖面长度500m，勘探深度约40m，依据地震折射层析成像成果图，对场区内覆盖层、岩性分层进行分析，分析结果如下：视纵波速度主要分布在600m/s～3000m/s，对应岩性为第四系全线统冲积层、凝灰岩或黄岗岩;该地区地下水水位线对地层波速影响不明显。表层视纵波速度约600～1200m/s，层厚约1.5～9.0m，推断为第四系全新统冲积层;其下视纵波速度约1200～3000m/s，推断为凝灰岩或花岗岩层。在里程1000m～1150m及1420m～1460m范围内，速度等值线向下弯曲，结合地质条件认为系花岗岩和凝灰岩的岩性接触带[6]。地震折射层析成像剖面（1-1）图4所示：

3.3 物探成果综合解释分析

结合两条勘探线成果：划出场区了基岩界面，推断第四系全新统冲积层，厚度约1～8m，其下为凝灰岩或花岗岩层。两种物探方法均根据物性差异在里程1000m～1150m及1420m～1460m显示出存在岩性接触带。结果后期钻探验证，证明场区内里程1000m～1150m及1420m～1460m为岩性接触带，较好的划分出来岩性分界线。

4 结语

高密度电法曲线易受地形或目的层界面起伏的影响，目标层位埋深较大時定性解释效果较好，但定量解释准确程度较差;浅层地震折射法所需工作场地相对较小，工作效率高，定量解释准确程度较高，但横向上分辨率不高，不能十分明确的反映岩性分界线，且在野外河床上有水的地段无法开展浅层折射工作。综上可知，两种物探方法各有利弊，针对岩性变化较大的地区，应当结合地质地形条件综合运用物探手段，以便有效提高物探成果的可靠性和准确性。

参考文献

[1] 霍光谱，程志平.综合物探方法在望儿山金矿勘察中的应用[J].工程地球物理学报，2009（1）：33-38.

[2] 雷宛，肖宏跃，邓一谦.工程与环境物探教程[M].北京：地质出版社，2006.

[3] 傅良魁.应用地球物理教程[M].北京：地质出版社，1994.

[4] 朱广生，陈传仁，桂志先.勘探地震学教程[M].武汉：武汉大学出版社，2005.

[5] 应勇，何兰芳，杨轮凯，等.综合物探在J地区地热水勘探中的应用[J].工程地球物理学报，2006，（4）：251-256.

[6] 杨晋炜，程志平.综合物探方法在新疆某矿区外围勘探中的应用[J].工程地球物理学报，2009，（1）：82-87.