城市深部地质调查的难点与对策

城市深部地质调查的难点与对策

1城市地质调查中基础调查的应用随着社会进步和科学技术的发展，城市化进程不断加快，城市化水平不断提高。人类活动已经参与到自然地质工作之中,使城市地质环境所受影响和压力剧增。同时城市土地利用、资源开发、废物处理、环境保护、灾害防治和地下水利用等有关的地质问题日益突出,甚至直接影响和制约了城市的发展。因此,解决城市地质问题,搞好城市规划与发展已成为当务之急。基础地质调查是城市地质的基础,利用基础调查结果,才能进一步研究和了解其它相应地质情况。大多数城市地表为第四系所覆盖,物探手段将在城市地质调查中起到其它方法难以起到的作用。目前,可参与城市地质调查的方法主要有地震、电法、放射性、重力和磁法等。可控源音频大地电磁测深法(CSAMT-thecontrolledsourceaudiofrequencymagnetotlluricmethod)是一种电磁测深方法,该方法具有探测深度大、设备相对轻便和横向分辨率高等特点,在北京市地热资源、水文地质和工程地质勘查工作之中,已经取得了较好的实际应用效果。本文利用北京地区勘查实例介绍可控源音频大地电磁测深在地层划分和地质构造勘查等基础调查方面的作用。工作中使用美国Zonge公司生产的GDP-32及GDP-32Ⅱ多功能电法仪,工作采用赤道偶极装置,测点距=接收电偶极距(MN)=50m,发射偶极距(AB)=1000m,收发距r≥6000m,采样频率f=0.125~4096Hz。由于城市周围人文干扰相对较大,收发距(r)不可能很大,难以满足二维反演条件,所以这里数据反演采用一维电阻率圆滑反演方法,利用反演电阻率断面进行地质解释。2北京市平原层及岩石电性特征2.1系r、石炭系、石炭系、青白口系、青白口系、青水系、青.系、小龙口系、水炭系、青白口系、青系、小本系、小龙口系、水曲式系平原区全部为第四系(Q)所覆盖,第四系以下有第三系(R)、白垩系(K)、侏罗系(J)、石炭系—二迭系(C-P)、奥陶系(O)、寒武系(∈)、青白口系(Qb)和蓟县系(Jx)等。2.2东翼构造带和新民族构造体系的衔接部位北京地区在大地构造上,处于阴山纬向构造体系与祁连贺兰山字型构造体系东翼构造带和新华夏构造体系的交接部位。受阴山纬向构造体系影响,区内构造走向以北东向为主,八宝山、黄庄—高丽营、良乡—前门和南苑—通县等断裂由区内通过,区内还发育有北西和东西向次一级断裂(见图1)。2.3岩石电阻率资料区内没有系统岩石电性资料,表1中列出的是华北平原区岩石电阻率统计资料。可以作为区内电法资料解释的参考依据。由表1可见,区内各时代地层间存在电阻率差异,电阻率法在区内工作存在一定的地球物理前提。3csamt反演地下构造成图地质解释地层的划分是基础地质调查中比较重要的一个环节。这是在北京东北部近郊勘查实例,地表为第四系覆盖,第四系以下依次为上第三系(N)、下第三系(E)、白垩系(K)、侏罗系(J)和蓟县系(Jx)。图2是区内验证钻孔柱状图、电阻率测井统计直方图、CSAMT反演电阻率曲线和电阻率解释结果直方图。由图2可见,CSAMT反演曲线与电阻率测井结果存在良好的对应关系,根据CSAMT反演曲线的地质解释基本与实际结果对应,解释误差小于10%,满足实际应用要求。这个实例表明,在干扰相对较小,地层间电阻率存在一定差异情况下,根据电阻率能够确定出地层空间分布情况。4地质构造研究4.1断裂体系分布特征北京市区处在北京迭断陷内,其西北侧为八宝山断裂带及黄庄-高丽营断裂所控制。东南侧以南苑-通县断裂为边缘。凹陷内发育了一系列北东向和北西向断裂,它们控制了上侏罗统-上第三系的沉积范围,搞清楚这些断裂的分布情况,有利于了解北京迭断陷内地层分布情况。八宝山断裂,为震旦亚界自南东方向逆掩于寒武—下侏罗统之上的压扭性断裂,根据钻孔揭露,城区内八宝山断裂走向北东20°~30°,倾角约40°~50°。黄庄-高丽营断裂出露很少,根据钻孔揭露,其走向为北东20°~50°,倾角相对较陡,断距相对较大(最大在1000m以上)。黄庄-高丽营断裂与八宝山断裂结伴而行,二者平均相距1~2km,而在某些地段二者重合。图3是北京城区西北部某剖面CSAMT勘查综合断面图。图中JR-x和ZK2分别是地热钻孔和工程勘查孔。由图3可见,断面内x=1200m处出现明显电阻率梯级带现象,这处电阻率梯级带为黄庄-高丽营断裂产生。黄庄-高丽营断裂断距相对较大。由反演电阻率断面图上可以看出,断裂面附近出现由断裂破碎带产生的纵向低阻带,断裂两侧电阻率差异很大,电阻率曲线类型差异非常明显,清楚地展现出断裂构造电阻率空间分布特征。黄庄-高丽营断层下盘-400m处出现明显电阻率纵向梯度带,此处梯度带为八宝山断裂产生。这个实例清楚地描绘出黄庄-高丽营断裂和八宝山断裂二维空间分布情况,以及断裂构造在电阻率断面图上的空间分布特征。4.2其他地表电阻率差异图4是北京市某区CSAMT勘查综合断面图。由图4可见,区内为第四系覆盖,根据钻孔揭露第四系以下存在有侏罗系(J)、石炭—二叠系(C—P)系、奥陶系(O)和寒武系(∈)等。由图4可见,500m以上电阻率相对较低,横向变化较为平缓,对应第四系分布情况。x=1600m处第四系以下两侧出现明显电阻率差异,根据钻孔(ZK3)验证此处电阻率差异为岩层变化引起,是背斜与向斜相交处地层变化产生。从电阻率断面图上可以看出,这个电阻率横向变化界面两侧电阻率变化是连续的,电阻率曲线类型是渐变的,界面附近没有出现断裂破碎带产生的纵向低阻带。这个实例很明显的展现出褶皱构造电阻率空间分布特征,以及在电阻率断面上与断裂构造之间的差异。5可控源音频分布问题可控源音频大地电磁测深法是一种测深方法,上述实例表明,在条件有利的情况下,利用实测电阻率资料,根据不同深度电阻率分布情况能够较好地描绘出实测剖面通过地段地层和地质构造空间分布情况。也就是说在某些情况下,可控源音频大地电磁测深法能够承担城市立体地质调查的部分工作。虽然北京市地质工作程度相对较高,但目前依然还有一些问题没有解决。例如一些较大断裂的展布、局部地段衔接、断层间的相互关系和局部地层划分等情况。上述均是干扰相对较小地区的工作实例。城市地质调查处于人口稠密区,人文干扰相对较大,可控源音频大地电磁测深