張 賡 庹先國 汪楷洋 李 彬

(1.地球探測(cè)與信息技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;2.地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;3.西南科技大學(xué)國防科技學(xué)院)

礦區(qū)隱伏斷層的發(fā)育在很大程度上影響礦山工程建設(shè)的開展，由于斷層的隱伏性，也加大了地表地質(zhì)調(diào)查的難度。當(dāng)工程建設(shè)無法避免穿越斷層發(fā)育區(qū)域的時(shí)候，斷層的準(zhǔn)確定位、產(chǎn)狀、破碎帶寬度等特征成為工程勘查的重點(diǎn)?？茖W(xué)、合理的勘查成果又將直接為工程設(shè)計(jì)提供依據(jù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)和安全施工。

近年來，大量科研人員根據(jù)斷層的不同地球物理特征，采用各種地球物理方法對(duì)斷層進(jìn)行探測(cè)，取得了良好的應(yīng)用效果［1-6］。工程實(shí)踐表明，物探方法對(duì)于隱伏斷層的勘查相比地質(zhì)調(diào)查而言更具有針對(duì)性和準(zhǔn)確性;相比鉆探而言具有成本低、效率高的特點(diǎn)。本研究針對(duì)攀枝花白馬鐵礦Ⅰ#排土場(chǎng)及廢石膠帶輸送工程擬建場(chǎng)址區(qū)內(nèi)的隱伏斷層采用高密度電法聯(lián)合氡氣測(cè)量進(jìn)行了詳細(xì)勘查。

1 地質(zhì)概況

擬建白馬鐵礦Ⅰ#排土場(chǎng)及廢石膠帶輸送工程場(chǎng)地地處攀枝花市米易縣，工區(qū)位于及及坪—田家村露天采場(chǎng)西側(cè)環(huán)山山腰地帶。地貌上屬于高中山區(qū)，地表剝蝕較強(qiáng)烈，沖溝發(fā)育，屬斜坡堆積與山區(qū)沖溝侵蝕堆積的復(fù)合地貌。地形起伏變化大，場(chǎng)地整體自北西向南東傾斜，地面自然坡度較陡，一般坡度為23°～48°。區(qū)內(nèi)沖溝較發(fā)育，沖溝大致為北西向南東、南西向北東走向，與山坡傾向基本一致。工區(qū)主要巖土層分布有第四系全新統(tǒng)坡積粉質(zhì)黏土(Qdl)、第四系全新世沖積漂石、卵石(Qal)、殘積砂質(zhì)黏土(Qel)、晚古生代華力西期(ν34)全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化及中風(fēng)化輝長巖。

擬建膠帶輸送工程沿線場(chǎng)地附近斷裂構(gòu)造發(fā)育，可分為多個(gè)構(gòu)造層，巖石為多期巖漿侵入體。受場(chǎng)地附近斷裂構(gòu)造影響，場(chǎng)地內(nèi)褶皺發(fā)育，地層產(chǎn)狀較紊亂。根據(jù)《區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告(掛榜幅1∶50 000)》，萬年溝斷層隱伏段穿過擬建場(chǎng)址，并疑似穿過場(chǎng)址內(nèi)的2a膠帶隧道，是本次工程建設(shè)中最值得關(guān)注的斷層。該斷層發(fā)育于安寧河斷裂南段西側(cè)，東距安寧河西支斷裂約5 km，西距磨盤山斷裂南端約4 km，全長約8 km，總體走向?yàn)镹NE(近南北兩段為NNE走向，中段呈NNW走向)，傾向時(shí)東時(shí)西，規(guī)模較大，具壓扭性，含水豐富，對(duì)整體場(chǎng)址建設(shè)(特別是2a膠帶隧道工程)有重大影響。由于該斷層的隱伏性、壓扭性以及小比例尺填圖的精度原因，其通過2a膠帶隧道的具體部位及產(chǎn)狀、破碎帶寬度等信息不詳，急需通過地球物理工作進(jìn)一步查明。

2 地球物理特征調(diào)查及方法選取

在現(xiàn)場(chǎng)踏勘的基礎(chǔ)上，結(jié)合對(duì)工區(qū)前期地質(zhì)資料的研究表明:①工區(qū)探測(cè)主體為山體，地形起伏較大，施工條件受一定程度的限制;②工區(qū)為鐵礦區(qū)，礦體極易引起磁異常;③近地表的第四系覆蓋層的電阻率為10～100Ω·m，基巖電阻率為103～105Ω·m，斷層(破碎帶)含水豐富，可與圍巖形成較明顯的電性差異;④工區(qū)絕大部分地段覆蓋物較柔軟，土層類型基本相同，氣候干燥、濕度變化不大，且無重大工業(yè)污染。因此，綜合考慮施工條件、物性差異、探測(cè)效率以及物探方法的多解性，選取了高密度電法聯(lián)合氡氣測(cè)量進(jìn)行綜合探測(cè)。

高密度電阻率法是以巖、礦石的電阻率差異為基礎(chǔ)，通過觀測(cè)和研究人工電場(chǎng)在地下分布的規(guī)律和特點(diǎn)來解決各類地質(zhì)問題的一種勘探方法。測(cè)量時(shí)在探測(cè)剖面上同時(shí)布置多道電極，由人工源向地下發(fā)送電流，使地下形成穩(wěn)定的電流場(chǎng)，通過自動(dòng)控制轉(zhuǎn)換裝置對(duì)所布設(shè)的剖面進(jìn)行自動(dòng)觀測(cè)和記錄［7］。由于斷層及破碎帶含水較豐富，與圍巖相比具有更好的導(dǎo)電性，從而可形成低阻異常。

地氣(主要為氡氣，Rn)是一種在地下存在的特殊自然氣體，是巖石中所含鐳的衰變產(chǎn)生的。它能以游離原子的形式通過晶體缺陷或晶粒邊界、沿著巖石空隙或裂隙系統(tǒng)遷移，而構(gòu)造破碎帶及裂隙發(fā)育地帶是氡氣遷移的良好通道，有利于氡氣的聚集。當(dāng)?shù)叵麓嬖跀鄬訒r(shí)，地表土壤中的氡濃度會(huì)出現(xiàn)局部增高，形成地表可探測(cè)的放射性氡異常區(qū)域［8］。

3 地球物理勘查

3.1 測(cè)線布置

為查明萬年溝斷層是否穿過2a膠帶隧道以及其穿越的具體部位，本次布線原則為測(cè)線分布于隧道兩側(cè)并盡可能平行隧道。但由于受地形限制及施工影響，實(shí)際布設(shè)了3條高密度測(cè)線(A－1、A－2、A－3)，并在初步探測(cè)成果的基礎(chǔ)上對(duì)A－2、A－3、A－4測(cè)線采用氡氣測(cè)量法進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證和追蹤。

3.2 資料處理與解釋

本次采用瑞典RES2DINV軟件對(duì)電阻率原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，依次進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換、壞點(diǎn)剔除、平滑濾波、地形校正、反演參數(shù)設(shè)置、反演成圖，采用專業(yè)軟件對(duì)測(cè)氡數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、儀器校正、平滑處理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析、異常下限計(jì)算和等值線圖的繪制。

(1)A－1測(cè)線靠近隧道峒室入口處，基本與隧道走向重合，點(diǎn)距5 m，總長295 m。該剖面視電阻率變化范圍主要為100～2 500Ω·m，見圖1。電性界面較連續(xù)，分層性較好，由此推測(cè)該段基巖較完整。表層的低阻反映了近地表為第四系覆蓋層，中、深部高阻為基巖的反映，未發(fā)現(xiàn)明顯斷層跡象，推測(cè)萬年溝斷層并未從該段穿過。

圖1 A－1測(cè)線電阻率剖面

(2)A－2測(cè)線位于施工便道上方，斜穿2a膠帶隧道，點(diǎn)距5 m，總長300 m，采用高密度電法以及氡氣測(cè)量進(jìn)行綜合探測(cè)。該剖面視電阻率變化范圍主要為20～1 000Ω·m，氡濃度變化范圍為2 000～12 000 Bq/m3。在測(cè)線190～240 m段，視電阻率呈現(xiàn)低阻異常，截?cái)鄡蓚?cè)同一電性界面，并有向下延伸的趨勢(shì)，氡濃度曲線在該段也出現(xiàn)異常高值，推測(cè)為萬年溝斷層，見圖2。

圖2 A－2測(cè)線綜合物探反演結(jié)果

(3)A－3測(cè)線位于施工便道下方，點(diǎn)距5 m，總長365 m，采用高密度電法以及氡氣測(cè)量進(jìn)行綜合探測(cè)。該剖面視電阻率變化范圍主要為50～1 200 Ω·m，氡濃度變化范圍為2 000～6 000 Bq/m3。在測(cè)線190～230 m段，視電阻率出現(xiàn)低阻異常，異常呈條帶狀分布，并有向下延伸的趨勢(shì)，對(duì)應(yīng)地段出現(xiàn)氡氣濃度高值，綜合推測(cè)為萬年溝斷層，見圖3。

(4)A－4測(cè)線總長415 m，由于受地形影響，該測(cè)線不具備高密度電法探測(cè)的條件。該測(cè)線氡濃度異常值為2 000～7 000 Bq/m3，見圖4。氡氣濃度從測(cè)線100 m處開始增大，在測(cè)線250 m處開始降低，并趨于正常背景值。其中氡氣濃度最大值出現(xiàn)在測(cè)線215 m附近地段，經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)，該異常區(qū)段并無重大工業(yè)污染，氡氣濃度異常偏高疑為萬年溝斷層(破碎帶)引起的氡氣縱向遷移所致。

4 斷層解譯與鉆孔驗(yàn)證

通過連接各測(cè)線異常以及對(duì)異常特征的分析，綜合推測(cè)萬年溝斷層在2a膠帶隧道的570～610 m地段穿過，走向?yàn)?N35°E，產(chǎn)狀為 125°∠68°～75°。由于萬年溝斷層具有壓扭性，呈“S”型，傾角較大，近南北兩段為NNE走向，中斷呈NNW走向，走向轉(zhuǎn)折點(diǎn)則出現(xiàn)斷層傾向突變。因此，本次物探成果與區(qū)域地質(zhì)調(diào)查認(rèn)識(shí)并不沖突。

圖3 A－3測(cè)線綜合物探反演結(jié)果

圖4 A－4測(cè)線氡濃度異常曲線

為進(jìn)一步驗(yàn)證斷層及傾向，設(shè)計(jì)布置了2個(gè)鉆孔，見圖5。ZK－81布設(shè)在推測(cè)斷層范圍內(nèi)，ZK－82鉆孔布設(shè)在推測(cè)斷層范圍北則。從鉆孔巖芯來看，ZK－81淺部為粉質(zhì)黏土，12.2 m以下為強(qiáng)風(fēng)化輝長巖，巖體呈極破碎、破碎狀，節(jié)理裂隙極發(fā)育，從而確定了斷層通過該處;而ZK－82鉆孔巖芯10 m以下較為完整，說明斷層并未向北西傾，很大可能為向南東傾。

5 結(jié)論

(1)采用高密度電法進(jìn)行前期探測(cè)，在此基礎(chǔ)上采用氡氣測(cè)量對(duì)異常進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證和追蹤，這種組合方式在本次工作中充分體現(xiàn)出綜合地球物理方法的高效、準(zhǔn)確、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、相互驗(yàn)證的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

(2)通過鉆探驗(yàn)證，表明高密度電法聯(lián)合氡氣測(cè)量的綜合物探方法能對(duì)隱伏斷層進(jìn)行有效探測(cè)。通過連接多條物探測(cè)線的異常帶，能勾劃出隱伏斷層的走向;利用異常特征能大致確定斷層的傾向及傾角。

圖5 萬年溝斷層解譯

(3)需要討論的是，A－2測(cè)線的綜合反演表明在視電阻率異常形態(tài)無法推測(cè)斷層傾向時(shí)，可結(jié)合氡濃度異常曲線進(jìn)行綜合推斷。氡氣異常相比視電阻率深部低阻異常偏向測(cè)線末端，則表明斷層可能傾向測(cè)線始端。因?yàn)殡睔鈶?yīng)富集在近地表的斷層(破碎帶)附近處，從而可利用氡氣異常確定斷層的淺部位置，再利用視電阻率深部異常確定斷層的深部位置，進(jìn)而得出斷層傾向。

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