高密度电法及瞬变电磁法在乌鲁木齐市高铁站活断层勘察中的应用

摘要：区域地质资料显示乌鲁木齐市高铁站附近有活断层通过，为查明活断层的具置及分布范围，本次工作开展了国内外比较成熟的高密度电法及瞬变电磁法，达到了预期的勘察效果。为高铁站勘察设计提供可靠的依据，同时也为今后高密度电法、瞬变电磁法在活断层勘察及城市干扰条件下工作提供了宝贵的经验。

关键词：高密度电法；瞬变电磁法；活断层；城市干扰

中图分类号：O441 文献标识码： A

引言

活断层是晚更新世(12.5万年)以来,有证据显示活动过,而未来有可能再度活动的断层。大量研究表明绝大多数强震震中分布于活断层带内，因此在城市勘察中查明活断层的具置及分布范围对城市工程建设具有非常重要的意义。由活断层的定义可知，断层带往往延伸至第四系地层中。由于第四纪沉积物具有受人类活动影响大、岩性松散、成因多样、厚度差异大等特点，所以第四系地层物性结构复杂，物性差异不明显。高铁站活断层分布于西山隆起东北侧中更新世冰水台地上，地表出露中更新统(Q2)、上更新统(Q3)及全新统(Q4)砾石层，下伏地层为第三系泥岩及砂岩。由于第四系砾石层结构松散，导致第四系地层中的活断层破碎带与围岩的物性差异不明显，进而使得在电性异常上难以分辨。为达到勘察的目的，在工作方法上，采用高密度电法及瞬变电磁法，在解释方法上，结合地质资料，通过深部断层带异常向地表延伸的方法查找第四系断层破碎带与围岩的电阻率异常反应。综合采集到的数据及资料，我们对乌鲁木齐高铁站活断层进行了综合解释，取得了较为理想的效果，为今后活断层勘察提供了可行的方法。

地质概况及地球物理特性

地质概况

测区为山前丘陵区，主要为第四系人工填土、圆砾土、白垩系及下第三系泥岩、砂岩、砾岩，覆盖层厚度不均，基岩部分地段出露。九家湾活断层组(f5)分布于西山隆起东北侧中更新世冰水台地上，主要由4~5条走向NE，大体等间距平行排列的一组正断层构成，每条正断层表现为地堑构造，地貌上形成断层沟槽，航空和卫星影像显示清楚。这五条断层由北而南依次称为f5-1、f5-2、f5-3、f5-4、 f5-5。根据任务要求我们主要对f5-3断层开展物探工作。测区内f5-3断层由于受人工改造，现在断层地貌已不明显。

地球物理特性

第四系地层和下伏基岩，以及断层破碎带和围岩具有不同的性状，这些不

同的性状必然在物性（如电性）上有所反映。根据第四系地层和下伏基岩，以及断层破碎带和围岩所反映的不同物性（电性）特征，就可大致将不同物性的地质体区分开来。断层破碎带裂隙发育、岩性破碎，在含水的情况下，往往形成明显的低阻异常带。此外断层两侧地层错动，导致地层不连续，在物性（电性）反应上也会存在错断及不连续现象。通过分析断层可能的物性特征就为我们解释提供依据。

工作方法及原理

外业作业时，由于城市振动干扰强，震源能量无法满足，故未开展地震法，主要开展了目前效果较好，分辨率较高的高密度电法，并在电磁干扰较弱的地段开展了瞬变电磁法。

2.1、高密度电法工作方法及原理

高密度电法是以岩土体导电性差异为物理基础的一种勘探方法，通过研究人工电场作用下介质传导电流的分布规律，探测一定深度范围内不同电性地质体引起的异常特征，从而达到地质解释的目的。实际工作中电极一次性布设60跟电极，电极间距为10m，采集方式为温纳装置方式，该装置方式在垂向方向上有较高的分辨率，能更为准确的反应不同地层电阻率随深度的变化规律。

2.2、瞬变电磁法工作方法及原理

瞬变电磁法的主要理论依据就是电磁感应定律，是电磁感应法的一组分支勘探方法；他是以地下介质与目标体的导电性和导磁性差异为主要物质基础，根据电磁感应原理观测和研究电磁场空间与时间分布规律，从而解决地质问题的一种勘探方法。瞬变电磁对高压线、地面铁磁性物体、工业游散电流等干扰反应比较敏感，故野外施工时要尽量避开干扰源。为有效减小干扰，结合现场地质条件，此次瞬变电磁数据采集方式我们选用大定源装置，回线内接收，选定发射线框为300m*300m 单匝矩形回线，发射频率为4HZ，测点间距为10m。

资料处理及解释

根据任务要求并结合现场地质情况，本次工作布设两条高密度断面： GMD-1、

GMD-2，长2400m；一条瞬变电磁断面：TEM-1，长600m。布置测线区域地形较平坦，电极接地条件良好，瞬变电磁测线附近无强电磁、及金属干扰。工区布

置图如图1。

图1工区物探测线布置图

（注：红线为物探测线，粉线为断层带边界）

将采集到的高密度电法及瞬变电磁法的数据进行转换、拼接、校正，最后进行反演，得到电阻率模型图。图2、图3分别为测线GMD-1、测线GMD-2视电阻率反演成果图。

图2 测线GMD-1视电阻率反演成果图

图3 测线GMD-2视电阻率反演成果图

由高密度视电阻率反演成果可以看出，测区表层电阻率较高，电阻率为50—600欧姆.米，厚度1—60米；测区深部电阻率较低，电阻率为5—250欧姆.米。结合附近钻孔资料及地质资料可知，表层为第四系碎石类土，下伏地层为第三系泥岩及砂岩，高密度电法所测的物性参数与实际地层的物性参数基本吻合，证明高密度电法工作在该工点取得了较理想的效果。测线GMD-1，330m~500m及测线GMD-2，260m~450m电阻率在垂向上分布均匀，但水平方向上表现出电性梯度带，梯度带左右电阻率分布厚度明显发生变化。由此推断该梯度带为F5-3断层通过位置。GMD-1测线电性梯度带表层第四系地层在420m~450m有不明显的错动现象；GMD-2测线320m~450m,表层第四系地层电性在水平方向分布不连续，局部反应为弱低阻异常（测区水位较深，钻孔揭露第四系地层中未见水，断层破碎带中没有水，所以第四系断层带与围岩之间的电性异常反应并不明显）。由此推断该断层为活动断层。为进一步验证断层位置，我们在测线GMD-1、测线GMD-2中间布置一条瞬变电磁断面TEM-1。图4为测线TEM-1视电阻率反演成果图。

图4 测线TEM-1视电阻率反演成果图

由图4可知，瞬变电磁反演成果图与高密度电法反演成果图，在测区整体电性反应上基本一致，都表现为表层地层电阻率高，下伏地层电阻率低；测线TEM-1，200m~400m处也表现出较明显的电性梯度带。高密度电法和瞬变电磁法相互验证，最终确定断层位置及分布范围（断层带分布位置见图1）。

结语

城市工程物探受城市干扰、场地限制等多方面因素的影响，导致采集到的数据不理想，很难去除干扰，所以在实际工作中要结合多种物探方法，采用抗干扰能力较强的装置，并结合地质资料综合解释。第四系地层中的活断层的电性差异与围岩很难区分，这就需要结合深部地层的电性异常逐步分析寻找。此次物探工作取得了较理想的成果，为高铁站勘察设计提供依据，同时也为今后开展类似的工作提供了宝贵的经验。

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