宋志遠(yuǎn)，婁鳳強(qiáng)，王承林，田秀軍，臧先剛

（1.中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)江蘇省電力設(shè)計(jì)院有限公司，江蘇 南京 210024；2.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司建設(shè)公司，山東 濟(jì)南 250001；3.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司臨朐縣供電公司，山東 濰坊 262600；4.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司壽光市供電公司，山東 濰坊 262700；5.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司青島供電公司，山東 青島 266002）

0 引言

斷裂構(gòu)造是指巖層受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的作用，當(dāng)所受的構(gòu)造應(yīng)力超過(guò)其破裂強(qiáng)度時(shí)，巖石或巖塊失去連續(xù)性而產(chǎn)生斷裂的地質(zhì)構(gòu)造，其主要類型為斷層和節(jié)理。從引起斷裂的地質(zhì)應(yīng)力方面看，斷層的應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于節(jié)理。從發(fā)生的巖體裂隙寬度、規(guī)模來(lái)看，也是斷層遠(yuǎn)大于節(jié)理，因此斷層構(gòu)造對(duì)工程的影響要遠(yuǎn)大于節(jié)理。活動(dòng)斷層一般指的是第四紀(jì)全新世以來(lái)有活動(dòng)性的斷層，會(huì)嚴(yán)重危害到工程的安全。

工程設(shè)計(jì)中均需要根據(jù)工程等級(jí)對(duì)活動(dòng)斷層進(jìn)行一定的避讓措施。特高壓線路工程為國(guó)家重點(diǎn)投資建設(shè)的項(xiàng)目，工程規(guī)模較大，重要性等級(jí)高，根據(jù)相關(guān)規(guī)范，需要避開(kāi)8度地震區(qū)的活動(dòng)斷裂。因此，特高壓工程勘察中必須查明活斷層的分布狀況，包括斷層走向、破碎帶寬度等。

活動(dòng)斷裂勘探可采用的方法有很多，比如地質(zhì)雷達(dá)、高密度電法、電磁成像、遙感、土壤氡測(cè)試、淺層地震勘探、微動(dòng)探測(cè)和鉆探等［1-2］。從經(jīng)濟(jì)性、效率和準(zhǔn)確性綜合來(lái)看，高密度電阻率法在探測(cè)斷層規(guī)模、走向、性狀方面等具有很好的應(yīng)用效果。高密度電阻率法是20世紀(jì)80年代新推出的一種電法勘探新手段。其原理與常規(guī)電阻率法基本相同［3］，但其相對(duì)于傳統(tǒng)的常規(guī)電法而言，有其設(shè)計(jì)、技術(shù)實(shí)施上的優(yōu)勢(shì)，高密度電法的觀測(cè)系統(tǒng)采用高端集成電路和自動(dòng)控制系統(tǒng)，同時(shí)使用自由組合度極高的電極，這樣能大幅度提高其作業(yè)效率，降低成本。同時(shí)，可獲取更多的地電數(shù)據(jù)和信息，從而使電法勘探也能使用覆蓋式的測(cè)量方式，達(dá)到了同地震勘探一樣的測(cè)量水平。綜上而言，高密度電阻率法比常規(guī)電阻率法的單點(diǎn)移動(dòng)測(cè)量方式更加準(zhǔn)確、方便、高效［4］。

1 工程路徑條件

根據(jù)工程地質(zhì)報(bào)告，特高壓線路工程路徑在山東省莒縣小店鎮(zhèn)附近與郯廬大斷裂帶中的安丘—莒縣活動(dòng)斷裂近正交跨越，如圖1所示。

圖1 線路路徑示意圖

安丘—莒縣斷裂是沂沭斷裂帶東地塹內(nèi)的一條斷裂，總體走向 10°～25°，傾向西北或東南，傾角 25°～80°。斷裂性質(zhì)為逆斷右走滑，在山東境內(nèi)長(zhǎng)度約360 km。根據(jù)有關(guān)資料，該斷裂為一超殼斷裂，是現(xiàn)代活動(dòng)最為強(qiáng)烈、對(duì)沿沂沭斷裂帶的差異運(yùn)動(dòng)造成最大影響的斷裂。它幾乎全部發(fā)育在白堊系地層中，沿這條斷裂發(fā)現(xiàn)了1668年郯城8.5級(jí)大地震的地震斷裂及若干古地震遺跡。該斷裂由一系列斷續(xù)出現(xiàn)的幾十公里長(zhǎng)的斷裂段斜列組成。斷裂出露地段控制隆起與平原的分界，多處見(jiàn)到晚白堊世地層逆沖到晚更新世或全新世沉積無(wú)之上，形成高度不等的陡坎，并右旋錯(cuò)斷沖溝、水系。在斷續(xù)出露的斷裂段中，其銜接部位多為局部坳陷或拉分盆地，如莒縣斷陷盆地、板泉拉分盆地等。該斷裂為1668年8.5級(jí)地震的發(fā)震斷裂，屬全新世（Q4）強(qiáng)烈活動(dòng)斷裂［5］。

2 工程探測(cè)及驗(yàn)證

2.1 高密度電法工作原理

高密度電法屬于地球物理勘探方法的一種，就其工作原理而言，其與常規(guī)電阻率法基本相同，不同之處在于其在觀測(cè)時(shí)布置高密度觀測(cè)點(diǎn)，即陣列點(diǎn)勘探方法。它也是以巖土體的電性差異為工作切入點(diǎn)，通過(guò)觀測(cè)、分析、研究大地地中穩(wěn)定的電流場(chǎng)分布規(guī)律，解決工程地質(zhì)、水文地質(zhì)和環(huán)境巖土工程問(wèn)題。高密度電法工作原理如圖2所示。

圖2 高密度電法工作原理示意

由于地下介質(zhì)不同而導(dǎo)致電性存在差異，當(dāng)采用高密度電法向地下輸入特定電壓、電流的直流電時(shí)，被勘探體出現(xiàn)電壓、電流異常，采集這些異常電信號(hào)數(shù)據(jù)，再經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)反演得到被勘探體內(nèi)部電阻率分布特性，進(jìn)而分析研究地下不同介質(zhì)的分布情況。在野外進(jìn)行高密度電法工作時(shí)，可以一次性將使用的所有電極以最小極距布置（當(dāng)所需電極數(shù)大于所有電極數(shù)時(shí)可采用滾動(dòng)測(cè)量方式）。通過(guò)普通高密度多芯專用電纜連接到多路電極轉(zhuǎn)換器上，由轉(zhuǎn)換器將測(cè)量信號(hào)輸送至高密度電法儀或采用分布式專用電纜直接連接高密度電法儀。在數(shù)據(jù)處理時(shí)，將測(cè)量數(shù)據(jù)導(dǎo)入計(jì)算機(jī)中，再利用專業(yè)數(shù)據(jù)分析處理軟件對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析。目前數(shù)據(jù)處理及成像技術(shù)越來(lái)越成熟，數(shù)據(jù)處理結(jié)果可根據(jù)需要繪制成各種曲線圖或反演成果圖等各種圖件，能直觀、清晰地顯示出地下巖土介質(zhì)的某些特性。高密度電法的測(cè)量裝置與常規(guī)電阻率法的相同，例如對(duì)稱四極、偶極—偶極、聯(lián)合剖面等裝置。目前應(yīng)用較多的是對(duì)稱四極裝置（也稱斯倫貝謝爾觀測(cè)裝置）。實(shí)際工作時(shí)裝置的選擇可根據(jù)不同的探測(cè)目的和被探測(cè)體的性質(zhì)而選擇適用的裝置。

2.2 探測(cè)方法

2.2.1 設(shè)備及測(cè)線布置

勘探使用DUK-2A高密度電法測(cè)量系統(tǒng)，如圖3所示。

圖3 DUK-2A高密度電法測(cè)量系統(tǒng)

測(cè)線布置前，先進(jìn)行野外地質(zhì)考察，對(duì)11個(gè)地質(zhì)點(diǎn) D1～D11 進(jìn)行考察［7］，其中 D1、D3、D4、D6、D7、D9斷層破碎帶發(fā)育明顯，D5、D10斷層活動(dòng)性較差，D2、D8、D11未發(fā)現(xiàn)明顯的斷層破碎帶。在初步掌握了斷層帶的走向和規(guī)模的情況下共布設(shè)2條測(cè)線，點(diǎn)距均為3m，測(cè)線編號(hào)為Ⅰ、測(cè)線Ⅱ，2條測(cè)線總長(zhǎng)度990m，引用《莒縣小店鎮(zhèn)中心小學(xué)場(chǎng)址地震斷層探測(cè)報(bào)告》中1條測(cè)線，點(diǎn)距為5m，測(cè)線編號(hào)為A，長(zhǎng)度為1 160m。測(cè)線布置示意如圖4所示。

圖4 高密度電法測(cè)線布置

圖5 Ⅰ測(cè)線電法測(cè)量和計(jì)算視電阻率斷面、反演圖

圖6 Ⅱ測(cè)線電法測(cè)量和計(jì)算視電阻率斷面、反演圖

圖7 A測(cè)線電法測(cè)量和計(jì)算視電阻率斷面、反演圖

2.2.2 探測(cè)結(jié)果

經(jīng)分析處理得到3條測(cè)線剖面，如圖5～7所示。

Ⅰ測(cè)線。測(cè)線布置于場(chǎng)地南部，電極主要布設(shè)于路邊土地里，地面土層堅(jiān)硬，整條測(cè)線電極接地情況良好，接地電阻一般在20～55Ω，整體范圍為10～96Ω。整條測(cè)線地形較平坦，根據(jù)實(shí)際需求布設(shè)長(zhǎng)度450m。分析實(shí)測(cè)視電阻率斷面圖與反演真電阻率斷面圖，測(cè)線140m處附近，斷面圖等值線異常，兩側(cè)實(shí)測(cè)電阻率值明顯差異變化，多條等值線呈平行直立狀，結(jié)合地質(zhì)資料，推測(cè)該處為斷裂通過(guò)位置，該點(diǎn)對(duì)應(yīng)地面坐標(biāo)為（118.78055°E，35.38259°N）。

Ⅱ測(cè)線。測(cè)線布置于場(chǎng)地河南村村東，電極主要布設(shè)于水泥路邊土地里，整條測(cè)線電極接地情況良好，接地電阻一般在20～60Ω，整體范圍為5～120Ω。整條測(cè)線地形比較平坦，根據(jù)實(shí)際需求布設(shè)長(zhǎng)度540m。分析實(shí)測(cè)視電阻率斷面圖與反演真電阻率斷面圖，測(cè)線380～430m有明顯淺層低阻區(qū)，結(jié)合實(shí)際情況，該處為舊河道，含水量較大所造成；測(cè)線240m處附近，斷面圖等值線異常且伴隨電阻率值明顯變化，綜合地質(zhì)資料，推測(cè)該處為斷裂通過(guò)位置，該點(diǎn)對(duì)應(yīng)地面坐標(biāo)為（118.78660°E，35.39586°N）。

測(cè)線A電極設(shè)在田間土路，整條測(cè)線電極接地情況良好，接地電阻一般在60～150Ω，整體范圍為23～195Ω。整條測(cè)線地形比較平坦，根據(jù)場(chǎng)地情況布設(shè)長(zhǎng)度1 160m。分析實(shí)測(cè)視電阻率斷面圖與反演真電阻率斷面圖，測(cè)線920m處處等值線異常，推測(cè)該處為斷裂通過(guò)位置，該點(diǎn)對(duì)應(yīng)地面坐標(biāo)為（118.79066°E，35.40375°N）。

結(jié)合前面地質(zhì)調(diào)查的結(jié)果，給出斷層及破碎帶范圍如圖8所示。

圖8 斷層破碎帶示意圖

2.3 鉆探驗(yàn)證

為驗(yàn)證斷層通過(guò)位置，在線路路徑兩側(cè)布設(shè)2條斷層孔排鉆，北側(cè)排鉆編號(hào)為剖面I，鉆孔編號(hào)為（K1～K5）；南側(cè)排鉆編號(hào)為剖面 II，鉆孔編號(hào)為（K6、GT66+1、K7-K8），根據(jù)鉆孔揭露情況，斷層泥在2個(gè)鉆孔中出現(xiàn)（K1、K2），鉆孔間距為2.00m。K1鉆孔打穿斷層泥，斷層泥在該鉆孔中的揭露厚度約為14.50m，由2.40m至16.90m，斷層泥上覆地層為紅褐色碎裂巖，巖芯揉皺變形，節(jié)理裂隙極發(fā)育。斷層泥下面地層為紅褐色碎裂巖，巖芯揉皺變形，節(jié)理裂隙極發(fā)育。K2未打穿斷層泥，斷層泥上端點(diǎn)埋深為7.3m，上覆地層為紅褐色碎裂巖，巖芯揉皺變形，節(jié)理裂隙極發(fā)育。斷層泥兩端與接觸地層關(guān)系如圖9所示。

圖9 斷層泥兩端與接觸地層關(guān)系圖

鉆探結(jié)果顯示，斷層破碎帶內(nèi)的鉆孔內(nèi)的巖芯揭露顯示巖芯較為破碎，見(jiàn)斷層泥，而斷層破碎帶外兩側(cè)的兩處塔位處鉆孔巖芯較為完整。由此可見(jiàn)由高密度電法探測(cè)斷層破碎帶結(jié)果較為準(zhǔn)確。

2.4 處理措施

針對(duì)以上給出的斷層破碎帶示意圖（google earth文件），提取出破碎帶邊界坐標(biāo)。根據(jù)相關(guān)規(guī)程規(guī)范，塔位應(yīng)避開(kāi)此活動(dòng)斷層不少于200m。此后設(shè)計(jì)人員根據(jù)本次提供的斷層破碎帶位置進(jìn)行了塔位調(diào)整，塔位調(diào)整后，斷層邊界距離鐵塔GT66約為367m，距離鐵塔NJ21約為297m。順利完成了塔位的布置工作。

3 結(jié)語(yǔ)

利用高密度電法探查特高壓工程中對(duì)路徑有影響的活動(dòng)斷層分布特征，經(jīng)鉆探驗(yàn)證，其探測(cè)效果較為準(zhǔn)確，為塔位安全避讓提供了依據(jù)。高密度電法勘探具有成本較低、準(zhǔn)確直觀的特點(diǎn)，但鑒于地球物理勘探普遍具有多解性，若要得到準(zhǔn)確、理想的勘探結(jié)果，必要時(shí)應(yīng)結(jié)合地質(zhì)調(diào)查、鉆探資料進(jìn)行綜合分析解釋。