联合剖面法寻找基岩裂隙水

第ｌ２卷第１４期２０１２年５月　科学技术与工程　Ｖｏ１．１２　Ｎｏ．１４　Ｍａｙ　２０１２　１６７１—１８１５（２０１２）１４—３５２０－０４　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　＠２０１２　Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈ．Ｅｎｇｒｇ．　水利技术　联合剖面法寻找基岩裂隙水　董健胡雪平　李肖鹏　陈磊　（山东省地质调查院，济南２５００１３）　摘要根据联合剖面法的工作原理、装置形式和异常特点，结合实例，阐述了利用低阻正交点的位置解释断层破碎带产状　的工作思路。结果表明，低阻正交点的出现反映了地下低阻体的存在，联合剖面法寻找基岩裂隙水效果明显。　关键词联合剖面法　视电阻率　低阻正交点　断层破碎带　中图法分类号ＴＶ２１１．１２；　文献标志码Ａ　自２０１０年９月以来，山东临沂地区基本无有效　降水，出现近２００年一遇的大旱，旱情相当严重。为　１测区水文地质条件及地球物理特征　解决当地人民生活用水以及农田灌溉用水的问题，　测区内大面积出露第四系临沂组黏质砂土、含　缓解当前的旱情，实现南部山区的抗旱保丰收工　黏土质粉砂，平均厚度不到２　ｍ。下伏地层含白垩　作，山东省国土资源厅组织全省地勘单位全面展开　系田家楼组灰紫红色长石砂岩、中粗砂岩与粉砂岩　抗旱找水打井工程。作为国土资源厅技术支撑单　互层、泥页岩；白垩系马朗沟组灰紫红色砾岩、砂砾　位，我院在郯城县某些地区开展了物探定井、钻探　岩；白垩系八亩地组灰紫色粗玄岩、粗安岩、气孔状　打井工作。　安山岩。测区地下水类型为基岩裂隙水，多为层状　郯城县地处鲁中南低山丘陵区南部，临郯苍平　岩类及喷出岩类，岩性以砂岩为主，夹杂页岩，富水　原腹心地带，系沂蒙山区冲积平原，地形由东北向　性差，属地下水资源严重缺乏地区。　西南缓缓低下，东部马陵山绵延南北，中西部平原　各类岩性的构造断裂破碎带，由于岩石发生破　沂沭河纵贯南北。第四系覆盖较薄，确定主要寻找　碎并在裂隙中充水，充填了泥质，致使电阻率明显　基岩水，在基岩山区打井，必须搞联合剖面法确定　降低，进而与围岩的电阻率存在明显差异，为开展　井位，它是寻找隐伏地质构造（断层）的有效方　电法勘探工作提供了地球物理前提Ｌ２］。　法…。断层的存在、岩石的破碎、裂隙发育等位置　赋水丰富，是我们寻找的主要目的层。通过联合剖　２工作方法　面法资料解释，根据低阻正交点的位置确定断层破　联合剖面直流电阻率法是利用岩土介质的各　碎带的产状，为确定井位、井深提供依据，不盲目成　种电性差异，通过观测和研究人工建立的稳定电流　井，降低了风险，提高了成井率，减少资金投入。　场空间分布规律，以勘查地质目标和解决地质问题　下面以郯城某地为例，阐述联合剖面电阻率法　的一类勘查方法。该方法对于倾斜角度很大的良　寻找基岩裂隙水的工作思路。　导电地质体的反映比其他方法更加明显，在断层破　碎带中一般地下水较丰富，而断层破碎带大部分属　于倾斜角度很大的良导电地质体，所以最适宜用联　２０１２年２月２２日收到，３月１日修改　合剖面法寻找Ｌ３　Ｊ。本文利用联合剖面法实测数据，　第一作者简介：董健（１９８４一），男，硕士，助理工程师。研究方向　来确定断层破碎带产状及埋深，以达到寻找基岩裂　物探。　隙水的效果。勘探深度与供电极距ＡＢ／２之间有一　ｌ４期　董健，等：联合剖面法寻找基岩裂隙水　３５２１　定的对应关系，根据以往经验，本区取二者的比值　为１，即为修正系数。　其中　删为测量电极间任意点沿ＭＮ方向的电　流密度分量；ＰＭＮ为测量电极间任意点的岩石电阻　率；Ｊｏ为当地下介质是均匀各向同性时，ＭＮ间的电　流密度。　联合剖面法由两个对称的三级装置（ＡＭＮ和　ＭＮＢ）联合组成，共用电源Ｃ极垂直于测线方向置　于无穷远处（本次测量ＯＣ距离为１　０００　ｒｎ），沿着测　当ＡＭＮ电极在破碎带左侧，Ｂ电极在破碎带右　线方向逐点进行Ｐ：、Ｐ　测量，根据各测点Ｐ。值的变　侧时，由于破碎带导电性好而吸引电流，导致　＞　化，推断一定深度内的地层沿测线在水平方向上的　变化规律　ｊ。测区内布置了两条测线，方位角均为　３２。，自东向西编号分别为Ｉ、Ⅱ，测点距为２０　ｍ，点　号自南向北依次增加，图１为测区联合剖面装置实　际布设情况示意图，显示了各个电极的相对位置。　对同一条测线采用３种供电电极距进行测量，分别　为７０　ｍ、１１０　ｒｎ和１５０　ｍ；为了方便跑极，测量极距　取测点距离。极距选择、工作流程满足《电阻率剖　面法技术规程》的要求。　图ｌ联合剖面装置实际布置示意图　３低阻正交点　实测数据出来以后，在方格坐标纸上，以横坐　标表示某测线上的测点距，以纵坐标表示Ｐ　值，将　Ｐ：和ＪＤ　绘在同一坐标轴系统内，即得出Ｐ：、Ｐ　曲　线。如果两条曲线出现交点，并且交点左侧Ｐ：＞ｐＢ。　，交点右侧Ｐ：＜ｐＢ。，将这种性质的交点称为“低阻　正交点”。利用视电阻率的微分形式公式（１）分析　该正交点是如何出现的　：　Ｐ　＝　（１）　Ｊ０　、　＜　，根据式（１）得出Ｐ：＞ＰＭＮ、．ｐＢ。＜Ｐｕｎ，　因此Ｐ：＞ｐ。Ｂ。同样的道理，当Ａ电极在破碎带左　侧，ＭＮＢ电极在破碎带右侧时，Ｐ：＜Ｐ　。　综上所述，低阻正交点的出现反映了地下低阻　体的存在，在该交点处，一般为破碎带富水构造，井　位应该布置在交点处。　４联合剖面资料解释　通过联合剖面测量得出Ｐ：、ｐＢ。曲线，解释这种　曲线的目的是确定富水构造的产状，为确定井位、　井深提供依据。　４．１破碎带走向解释　将两条测线同一极距ＡＯ＝１１０　ｍ，ＭＮ＝２０　ｎｌ　的Ｐ：、ｐ　Ｂ曲线绘出来后，按一定的比例尺绘在平面　图上，分别找出两条测线上的低阻正交点，正交点　的连线就反映了断层破碎带的走向（图２）。测线　Ｉ、Ⅱ上低阻正交点分别出现在１１３、１１８．５号点，可　知其在水平面上的投影位置距离为５５　ｎｌ，两条测线　是互相平行的，线距为５０　ｍ，方位角为３２。，根据其　空问几何关系，不难得出破碎带走向方位角　为１６９．７。。　４．２破碎带倾向解释　将同一条测线不同极距的Ｐ：、ｐＢ。曲线绘出来　后，小极距测得的低阻正交点确定断层破碎带在浅　部的位置，大极距测得的低阻正交点确定断层破碎　带在深部的位置，因此可以通过低阻正交点的位　置，来确定破碎带的倾向。如果小极距与大极距曲　线上的低阻正交点位置一致，说明破碎带是直立　的，不一致说明破裂面是倾斜的。　图３很好地表示了该破碎带的倾向。图中３对　曲线对应的ＡＯ距由上到下分别为７０　ＩＴＩ、１１０　ｍ、１５０　ｒｎ，根据低阻正交点的位置可以断定该破裂面是倾　斜的，由小号点向大号点方向倾，即由南向北倾。　３５２２　科学技术与工程　１２卷　４４　ＡＵ　１１　ｍ　ＭＮ＝２２０ｍ—４０　置　ｃ；３６　ｑ　３２　２８　—ｘ　一、、　４４　ＡＯ＝１１０ｍ　￣４ｖ－菖４０　●　３６　～＿　ｑ　３２　：　：　ｃ　２８　１ＯＯ　１０４　１０８　ｌ１２　ｌ】６　１２０　１２４　１２８　１３２　１３６　１４０　测线Ⅱ　图２推断破碎带走向　４４　ｉ　４０　３６　ｐａＡ　ｑ　３２　２８　Ｐ　４４　一　４０　３６　３２　２８　４４　百４０　●　３６　ｑ　３２　２８　１０ｏ　１０４　ｌ０８　ｌ１２　１１６　１２０　１２４　１２８　１３２　１３６　点号　破碎带倾向　图３推断破碎带倾向　４．３破碎带倾角解释　根据推断的破碎带走向可知，其与测线方向斜　交，此时破碎带面与测线剖面的交迹线为视倾斜　线，视倾斜线与其在水平面上投影问的夹角为视倾　角，其与真倾角的关系为：　ｔａＩ　＝ｔａｎｏ￣ｃｏｓ￣ｏ　（２）　式（２）中　为视倾角；ＯＬ为真倾角；　为视倾斜线和　真倾斜线在水平面上投影之间的夹角。根据视倾　斜线与测线的几何关系，得出视倾角　为５７。；根据　视倾斜线与真倾斜线的几何关系，得出∞为４７．７。；　根据式（２）得出真倾角ＯＬ为６６．４。。　４．４井位确定　由图３不难看出，Ⅱ号测线ＡＯ＝７０　Ｉｎ、ｌ１０　ｍ、　１５０　ｉｎ时，低阻正交点分别出现在１１６号、１１９号、　１２１号测点处，根据断层破碎带倾向，井位可以布置　在该测线的１１６～１２１号点之间，不要超过此范围。　结合图２确定的破碎带走向、倾角，将井位初步定为　测线Ⅱ的１１８号点。　４．５井深确定　根据勘探深度与供电极距ＡＢ／２之问的修正系　数，三种极距测得的数据分别反映的深度为７０　ｍ、　１１０　ｍ、１５０　ｍ。由图２可知，测线Ⅱ的１１８．５号点　１１０　ｍ深度开始有破碎，结合视倾角Ｂ为５７。，根据　点位、视倾向之间的几何关系，推测该测线１１８号点　１０３　ｍ深度出现破碎。所以设计井深应大于１０３　ｍ，　初步设计为１４０　ｍ，实际以打透破碎带为限。　５结语　根据联合剖面实测资料的分析，在测线ＩＩ　１１８　号点打井验证，钻探结果表明：在１０７～１１５　ｍ之间　岩石破碎，水量在这一段明显增加，基本符合物探　解释。实践证明，低阻正交点是辨别地下低阻体存　在的显著特征，是联合剖面法区别于其它方法的最　大优势。因此联合剖面法是寻找隐伏地质构造（断　层）中裂隙水的最有效方法，应用前景十分广阔。　参考文献　１卢玉邦，郎景波，付志刚，等．基岩山区寻找构造裂隙水技术的应　用．黑龙江水利科技，２００４；４：５５—＇５６　２刘福臣，程兴奇．联合剖面法探测鲁东中生界地层地下水．节水　灌溉，２００８；５：５７＿＿６ｌ　３刘春华，李其光，宋中华，等．水文地质与电测找水技术．郑州：　黄河水利出版社，２００８：１４４—１４６　４李金铭．地电场与电法勘探．北京：地质出版社，２００５：１３６—１５７　（下转第３５２７页）　ｌ４期　刘　江，等：基于ＡＢＡＱＵＳ的混凝土拱坝温度裂缝分析　３５２７　在计算过程中，由于所产生的水化热太大，坝　发展趋势来看，裂纹出现在左坝肩自下而上的一条　裂缝。　参考文献　体内部产生过大拉应力，致使第二浇筑层坝体左肩　最先出现裂纹，之后裂纹位置开始扩展，到第六浇　筑层，同样在左坝肩出现裂纹。随着浇筑层的增　加，裂纹逐渐扩展，并且在第８、９浇筑层的时候，坝　体左肩出现新的裂纹。坝体浇筑完成时，在第２、４、　５、６、７、８、９、１０、１１浇筑层的左坝肩，在第２、６浇筑　层的右坝肩均出现微裂纹。　１黎展眉．拱坝．北京：水利电力出版社，１９８２　２朱伯芳．大体积混凝土温度应力与温度控制．北京：中国电力出　版社，１９９９　３王金昌，陈页开．ＡＢＡＱＵＳ在土木工程中的应用．杭州：浙江大　学出版社，２００６　４庄茁，张帆，岑松．ＡＢＡＱＵＳ非线性有限元分析与实例．　综上所述，由于坝体左肩坝段整体半径比中间　坝段和右坝段大，且中心角较大，弧长较长，在浇筑　过程中，应力较大的部分出现在两坝肩的偏上的部　分，其中最大拉应力出现在左肩偏上，其值为１．７５６　ＭＰａ，所以裂纹主要出现在坝体的左坝肩，从裂纹的　北京：科学出版社，２００５　５谢先坤．大体积混凝土结构三维温度场、应力场有限元仿真计算　及裂缝成因机理分析．［硕士学位论文］．南京：河海大学水电学　院水工结构工程，２００１　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　Ｃｒａｃｋ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ａｎ　Ａｒｃｈ　Ｄａｍ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＡＢＡＱＵＳ　ＬＩＵ　Ｊｉａｎｇ，ＤＯＮＧ　Ｙｕ－ｈｕｉ　（Ｆａｃｕｌｔｙ　ｏｆ　Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｋｕｎｍｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｋｕｎｍｉｎｇ，６５０５００，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ）　［Ａｂｓｔｒａｃｔ］　Ｉｎ　ｔｈｅ　ｃａｓｔｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ａｒｃｈ　ｄａｍｓ，ｔｈｅ　ｃｅｍｅｎｔ　ｈｙｄｒａｔｉｏｎ　ｈｅａｔ　ｇｅｎｅｒａｔｅｄ　ａ　ｌｏｔ，ＳＯ　ｔｈｅ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｉｎｔｅｒｎａｌ　ｗｉｌｌ　ｍｏｒｅ　ｏｒ　ｌｅｓｓ　ｔｏ　ｐｒｏｄｕｃｅ　ｓｏｍｅ　ｓｌｉｇｈｔｌｙ　ｃｒａｃｋ．Ｕｎｄｅｒ　ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ｅｘｔｅｒｎａｌ　ｌｏａｄｓ，ｔｈｅ　ｃｒａｃｋｓ　ｗｉｌｌ　ｅｖｅｎｔｕａｌｌｙ　ｄｅｖｅｌｏｐ　ｉｎｔｏ　ｂｉｇ　ｃｒａｃｋｓ　ａｎｄ　ｅｎｄａｎｇｅｒ　ｔｈｅ　ｓａｆｅｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄａｍ．Ｓｏ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ａｒｃｈ　ｄａｍ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｃｒａｃｋｓ　ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ　ｉｓ　ａ　ｖｅｒｙ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｗｏｒｋ．　［Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ］　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ａｒｃｈ　ｄａｍ　）　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｓｔｒｅｓｓ　ｃｒａｃｋｓ　（上接第３５２２页）　Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　Ｐｒｏｆｉｌｅ　Ｍｅｔｈｏｄ　Ｕｓｅｄ　ｆｏｒ　Ｓｅａｒｃｈｉｎｇ　Ｂｅｄｒｏｃｋ　Ｆｉｓｓｕｒｅ　Ｗａｔｅｒ　ＤＯＮＧ　Ｊｉａｎ，ＨＵ　Ｘｕｅ—ｐｉｎｇ，ＬＩ　Ｘｉａｏ－ｐｅｎｇ，ＣＨＥＮ　Ｌｅｉ　（Ｓｈａｎｄｏｎｇ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｓｕｒｖｅｙ，Ｊｉｎａｎ　２５００１３，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ）　［Ａｂｓｔｒａｃｔ］　Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ａｎｏｍａｌｙ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｐｒｏｆｉｌｅ　ｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ　ｉｓ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ　ａｂｏｕｔ　ａｐｐｌｙｉｎｇ　ｔｈｅ　ｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｌｏｗ—ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ　ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ　ｐｏｉｎｔ　ｔｏ　ｉｎｆｅｒ　ｔｈｅ　ａｔｔｉｔｕｄｅ　ｏｆ　ｆａｕｌｔ　ｆｒａｃｔｕｒｅ　ｚｏｎｅ，ｗｈｉｃｈ　ａｔ　ｔｈｅ　ｓａｍｅ　ｔｉｍｅ　ｃｏｍｂｉｎｅｄ　ｗｉｔｈ　ａ　ｌｉｖｉｎｇ　ｅｘａｍｐｌｅ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔ　ｏｆ　ｅｘｐｌｏ—　ｒａｔｉｏｎ　ｓｈｏｗｓ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ａｐｐｅａｒａｎｃｅ　ｏｆ　ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ　ｐｏｉｎｔｓ　ｒｅｆｌｅｃｔｅｄ　ｔｈｅ　ｅｘｉｓｔｅｎｃｅ　ｏｆ　ｌｏｗ．．ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ　ｏｂｊｅｃｔｓ　ｉｎ　ｕｎｄｅｒ．．　ｇｒｏｕｎｄ，ａｎｄ　ｉｔ　ｈａｓ　ｏｂｖｉｏｕｓ　ｅｆｆｅｃｔ　ａｂｏｕｔ　ａｐｐｌｙｉｎｇ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｐｒｏｆｉｌｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｔｏ　ｓｅａｒｃｈ　ｂｅｄｒｏｃｋ　ｆｉｓｓｕｒｅ　ｗａｔｅｒ．　［Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ］　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｐｒｏｆｉｌｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｔｔｌｒｅ，ｚｏｎｅ　ａｐｐａｒｅｎｔ　ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ　ｌｏｗ－ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ　ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ　ｐｏｉｎｔ　ｆａｕｌｔ　ｆｒａｃ．