藏东南冻错曲塘布段冰碛物电阻率特征

doi:10.11720/wtyht.2023.1107

藏东南冻错曲塘布段冰碛物电阻率特征

蒋首进^,, 陈永凌^,, 李怀远, 胡俊峰

中国地质调查局应用地质研究中心,四川成都 610000

Resistivity of moraine deposits in the Tangbu section, Dongcuoqu, southeastern Tibet

JIANG Shou-Jin^,, CHEN Yong-Ling^,, LI Huai-Yuan, HU Jun-Feng

Research Center of Applied Geology of China Geological Survey, Chengdu 610000, China

通讯作者: 陈永凌(1988-),男,硕士研究生,工程师,研究方向为矿产地球物理。Email:476811938@qq.com

责任编辑: 王萌

收稿日期: 2022-03-17 修回日期: 2022-05-24

基金资助:

中国地质调查局“公益性基础性综合地质调查”项目(DD20211555)

Received: 2022-03-17 Revised: 2022-05-24

作者简介 About authors

蒋首进(1987-),男,硕士研究生,工程师,研究方向为电法、电磁法的理论与应用。Email:3125007187@qq.com

摘要

藏东南怒江流域冻错曲塘布段周边区域普遍发育有冰斗、刀脊、角峰、高山湖泊等冰川地貌,表明该区历史上曾发生强烈的冰川活动,但实地调查发现该段第四系地表主要分布崩坡积物、冲洪积物。对该区域音频大地电磁测深和高密度测量成果开展综合分析时发现,该段第四系电性特征与冰碛堆积结构具有高度一致性,结合周边普遍发育的冰川地貌,推断该段第四系主要是以冰碛堆积为主、在冰碛堆积上覆盖有一层崩坡积物和冲洪积物。从物探成果电性结构特征看,音频大地电磁测深电阻率成果可有效反映冰碛堆积厚度、基岩面冰蚀凹谷、冰碛透镜体等结构特征;高密度测量电阻率成果可较好反映冰碛混杂堆积、冰碛透镜体、大体积块石长轴方向等特征。

关键词： 音频大地电磁测深; 高密度测量; 冰碛堆积; 电性特征

Abstract

Glacial landforms, such as cirques, razorback ridges, horn peaks, and alpine lakes, are commonly developed in the surrounding areas of the Tangbu section of Dongcuoqu in the Nujiang River Basin in southeastern Tibet, indicating that intensive glacial activities once occurred in this area. However, field surveys show that proluvium and alluvial-diluvial deposits are mainly distributed in the Quaternary surface of this section. The comprehensive analysis of the audio-frequency magnetotellurics and high-density measurement results of this area show that the electrical characteristics of the Quaternary in this section are highly consistent with the moraine deposit structure. Combined with the commonly developed glacial landforms in the surrounding area, it can be inferred that the Quaternary stratum in this section is mainly dominated by moraine deposits, which are covered with a layer of proluvium and alluvial-diluvial deposits. From the perspective of the electrical structure characteristics of the geophysical exploration results, the resistivity results of the audio-frequency magnetotellurics can effectively reflect the structural characteristics including the thickness of the moraine deposits, glacial valleys on the bedrock surface, and moraine lenses, and the resistivity results from high-density measurement can well reflect the characteristics of moraine melange, moraine lenses, and the long axis direction of large boulders.

Keywords： audio magnetotelluric sounding; high-density measurement; moraine deposit; electrical characteristics

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本文引用格式

蒋首进, 陈永凌, 李怀远, 胡俊峰. 藏东南冻错曲塘布段冰碛物电阻率特征[J]. 物探与化探, 2023, 47(1): 73-80 doi:10.11720/wtyht.2023.1107

JIANG Shou-Jin, CHEN Yong-Ling, LI Huai-Yuan, HU Jun-Feng. Resistivity of moraine deposits in the Tangbu section, Dongcuoqu, southeastern Tibet[J]. Geophysical and Geochemical Exploration, 2023, 47(1): 73-80 doi:10.11720/wtyht.2023.1107

0 引言

藏东南地区山岭峻峭雄伟,山间小盆地发育,岭间星罗棋布着冰川、高山湖泊等,海拔2 500 m以上现代海洋性冰川奇观发育,呈现出一派壮丽的高原景色。前人对藏东南地区第四系开展了大量调查工作,发现该区域历经多期冰川活动,并保留大量冰川活动遗迹^[1-2],谢尧武等^[2]在藏东南八宿、芒康一带调查发现,该区域第四纪史上共出现过5期冰川活动,区内冰碛物广泛分布,厚度可达上百米,强烈的冰川活动在该区域塑造了大量冰斗、刀脊、角峰、U型谷等冰川遗迹地貌;同时该区域地形起伏大,板块运动活跃,活动构造密集发育,风化作用强烈,在新构造运动影响下,崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害频发,加上河流冲洪积物的逐渐沉积,部分原有冰碛物地表结构被破坏或被其他成因类型第四系物覆盖,导致其难以从地表被有效识别^[3⇓-5],如袁广祥等^[3]对川藏公路帕隆藏布段沿线第四系开展调查时发现,该段第四系是在冰碛物基础之上,地质灾害二次发育所形成的。

当前我国正在藏东南地区开展大规模交通廊道建设工作,在道路桥梁等工程施工中,对具备冰碛成因的第四系结构特征尤为重视^[6⇓-8]。目前冰碛物的调查主要以地表调查结合钻探、槽探等工程验证的方式开展,但地表调查对地表结构被破坏或被覆盖的冰碛物识别难度大,钻探、槽探等工程手段也存在工程量大、工作效率低、成本高、效果有限等缺点。本次在对冻错曲塘布段开展的音频大地电磁和高密度电阻率法测量成果进行综合分析时发现,该段第四系电性特征与冰碛堆积结构具有高度一致性,根据该段所处沟谷的U型结构特征结合该区域周边普遍发育有冰川地貌,推断该段第四系是以冰碛堆积为主。从本次物探结果来看,音频大地电磁与高密度电阻率测量相组合的物探手段对大厚度冰碛物具有较好识别效果,具体表现为:音频大地电磁能较好识别第四系厚度、冰碛堆积内部透镜体结构、基岩表面冰蚀凹谷等特征,高密度电阻率法能较好分辨冰碛透镜体、冰碛混杂堆积、大体积块石长轴方向等结构特征^{[9⇓⇓⇓-13]}。

1 工作区概况

1.1 地质环境概况

工作区位于昌都市洛隆县腊玖乡境内,据遥感影像,该区域周边普遍发育有冰斗、刀脊、角峰、高山湖泊等第四纪冰川地貌,表明该地区历史上曾发生过大规模冰川活动。根据1∶25万区域地质资料,该区域周边大面积出露侏罗系花岗闪长岩和石炭—二叠系拉贡唐组砂、板岩,同时该区域断裂及褶皱发育密集、新构造运动活跃,导致崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害频发,该段第四系在原来基础上,由地质灾害再次发育所形成。

实地调查工作区段为U型宽缓沟谷,沟内地表第四系主要分布有残坡积、冲洪积物等,土体类型主要为砾石—碎石土、砂—卵石土,地表大量巨砾石散布,块径0.5~10 m,岩性以花岗闪长岩为主;沟谷东侧主要出露侏罗系花岗闪长岩,岩壁陡立高耸,局部发育闪长岩脉,西侧为拉贡唐组,岩性为灰色变质砂岩、粉砂岩、黑色板岩、含砾板岩;实地调查发现,该区域构造发育密集,根据物探音频大地电磁成果表明,在该区域拉贡唐组砂板岩与侏罗系花岗闪长岩接触带部位发育有一条上宽约0.5 km、下宽约1 km的强糜棱岩化带,在强糜棱岩化带两侧发育一系列高角度断裂,断裂在深部有分支复合特征,进而在深部形成系列构造透镜体,该段构造分布总体呈现以糜棱岩化带为中心,向两侧逐渐减弱的特征。

1.2 物探工作概况

根据项目任务目标设置,本次在该工作区采用了音频大地电磁测深和高密度测量两种手段开展物探工作(如图1),其中:为了解该区域构造特征,部署音频大地电磁测线1条,测线方位36°,长度10 km,点距100 m,测线5 500~7 500 m段通过塘布段;针对塘布段冻错曲右岸某重点桥隧工程段勘查,采用二维平行测线合并准三维测量的方式开展高密度测量,共布设平行测线7条,测线方位205°, 测线编号沿SE—NW向按G1~G7依次排列,线长均为970 m,点距10 m,线距30 m。

图1

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图1 塘布段地质概况

Fig.1 Geological overview of Tangbu section

表1为工作区典型岩土体的电性参数实测统计结果。从统计数据可以看到,该段第四系残坡积物实测电阻率波动区间较大,平均视电阻率值1 704 Ω·m,冲洪积物实测电阻率区间相对稳定,平均视电阻率值523 Ω·m,第四系残坡积物和冲洪积物两者之间电性差异明显;从实测岩石统计平均视电阻率值来看,该区域花岗闪长岩平均视电阻率值最高,且其平均视电阻值明显高于其他岩类。

表1 工作区典型岩土体电性参数实测统计

Table 1 Measured statistics of electrical parameters of typical rock and soil mass in the working area

岩性	视电阻率统计区间/ (Ω·m)	视电阻率平均值/ (Ω·m)
冲洪积物	334~868	523
残坡积物	746~3155	1704
花岗闪长岩	7356~14915	10902
砂质板岩	2268~9869	5279
石英砂岩	733~5225	1965
粉砂岩	431~2116	1073
砂岩	335~1163	687
板岩	186~680	305

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2 第四系电性特征

2.1 音频大地电磁电性特征

由音频大地电磁成果可见(如图2),拉贡唐组软弱砂、板岩与侏罗纪坚硬花岗闪长岩接触带部位发育有一条强糜棱岩化带,该强糜棱岩化带位于测线5 600~6 000 m之间,电性特征为竖状低阻带,侏罗纪花岗闪长岩电阻率特征表现为高阻,该段侏罗纪花岗闪长岩内发育有2条高角度断裂,其位置分布位于L-6500、L-7300处,与沟谷两侧构造地表出露位置相吻合。

图2

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图2 塘布段第四系音频大地电磁成果

Fig.2 Quaternary audio magnetotelluric results of Tangbu section

该段第四系整体呈中低阻电性特征,电阻率值约50~1 000 Ω·m,上部电阻率值稍高于下部;该段第四系厚度在110~180 m,整体厚度由小号测点至大号测点逐渐减小,且局部厚度分布具有波动性,主要表现在构造发育位置上部第四系厚度明显大于邻近区域,从第四系下部基岩面起伏形态看,断裂部位基岩面均呈明显凹谷特征,推测该处断裂破碎带位置历史上曾遭受了外界强烈的掘蚀作用所导致;该段第四系下部存在一系列串珠状低阻团块,单个团块体规模不大,电阻率值小于100 Ω·m,具备低阻透镜体结构特征。

2.2 高密度电性特征

2.2.1 高密度二维电性特征

从高密度G1-G7剖面二维反演成果看(图3),各剖面浅部均存在一较连续的中高阻层,电阻率值700~2 500 Ω·m,厚度5~20 m,由地表所见为残坡积物堆积,成分主要为砂—砾石土,同时地表大量散布有花岗闪长岩块石,块径较大者约10 m;G6、G7剖面700~970 m段第四系浅部主要表现为层状中低阻电性特征,电阻率值300~600 Ω·m,该段靠近河道,地势低平,地表所见主要为冲洪积物,成分为砂卵石土,局部夹杂碎块石。该段浅部以下各剖面电性特征不具有统一规律,出现明显分化,但具有过渡特征,主要表现为从G1、G2剖面中阻背景下夹高阻团块电性特征向G3、G4剖面高低阻团块混杂交替电性特征再向G5、G6、G7剖面近层状低阻团块电性特征过渡。

图3-1

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图3-1 高密度二维反演成果

Fig.3-1 High density 2D inversion results

图3-2

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图3-2 高密度二维反演成果

Fig.3-2 High density 2D inversion results

2.2.2 高密度三维电性特征

本次开展的二维平行测线数据合并为三维空间数反演,三维反演视电阻率交会图聚集形态呈45°线性集中分布(如图4),整体收敛误差为8.6%,表明二维平行测线数据合并成的三维空间数据质量较高,三维反演成果可靠。

图4

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图4 对数坐标系下三维反演视电阻率交会

Fig.4 Convergence form of 3D inversion error

图5为本次三维反演成果与y方向成果切片,由整体效果图可以看到,该段第四系浅部主要为中高阻电性特征;由图5b中y方向切片可以看到,第四系浅部以下电性特征具有明显过渡特征,三维空间电性特征与二维成果电性特征一致。

图5

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图5 高密度三维反演成果

Fig.5 High density 3D inversion results

提取该段低阻体三维空间结构(电阻率区间:10~200 Ω·m)(如图6),三维空间上低阻主要分布于G3~G7线之间,从图6a、6c看,该段无层状规律,呈团块状,团块间连结不明显,大致长轴方向与测线方向一致,低阻团块体三维空间结构表现为独立透镜体特征。

图6

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图6 低阻体三维空间结构

Fig.6 3D spatial structure of low resistance body

提取该段高阻体三维空间结构(电阻率区间大于8 000 Ω·m)(如图7),高阻块体散布于该段第四系内部,块径5~40 m,块径差异大,分选性差,从三维空间结构看,块体结构整体较规整,由图7b可见,大部分大体积块体具有明显一致的长轴方向排列特征,其长轴方向与沟谷走向基本平行。

图7

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图7 高阻体三维空间结构

Fig.7 3D spatial structure of high resistance body

图8为提取的该段第四系高、中、低阻体三维空间结构(高组电阻率区间6 000~9 000 Ω·m;中阻电阻率区间500~1 000 Ω·m;低阻电阻率区间10~200 Ω·m),由图可见,该段第四系下部整体表现为低阻、中阻、高阻团块体混杂交替分布的三维电性结构,表明该段第四系下部整体结构具有混杂堆积的特征。

图8

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图8 高、中、低阻体三维空间关系

Fig.8 3D spatial relationship of high, medium and low resistivity bodies

3 综合分析

综合冻错曲塘布段音频大地电磁测深和高密度测量成果看,冻错曲塘布段第四系具有如下电性特征:

1)该段第四系厚度大,约110~180 m,整体厚度变化规律为从较软弱岩区向坚硬岩区逐渐减小,局部厚度变化具有波动性,主要表现为构造位置上部第四系厚度明显大于邻近区域;

2)该段第四系浅部为层状中高阻电性特征,厚度5~20 m,其下部整体电性特征混杂,不具有层状规律,但沿高密度测线号方向具有过渡特征,主要表现为从G1、G2剖面中阻背景下夹高阻团块电性特征向G3、G4剖面高低阻团块混杂交替电性特征再向G5、G6、G7剖面近层状低阻团块电性特征过渡;

3)该段第四系下基岩面构造破碎带部位有明显凹谷特征;第四系内部发育有串珠状低阻团状体,在三维空间中低阻团状体之间连接性弱,表现为独立透镜体结构;第四系内部高阻块体在三维空间上具有形态规整、块径差异大、分选性差、长轴排列方向一致等特征;同时该段第四系在三维空间上具有混杂堆积的结构特征。

根据前人调查,藏东南地区历史上曾发育多期冰川活动,冰碛堆积厚度可达上百米,众所周知,冰碛物具有混杂堆积的结构特征,其内部通常发育有一系列泥—沙质冰碛透镜体结构,且冰碛堆积内部常含有大量块石,块石具有块径差异大、分选性差、物理化学性质相对稳定、长轴排列方向与冰川运动方向一致等特征。同时在冰川活动过程中,其强烈的掘蚀作用易在基岩破碎区域形成冰蚀谷地。

由此可见,该段第四系电性特征与冰碛物结构具有一致性,结合该区域周边普遍发育有冰川地貌和该沟谷的U型特征,推断该段第四系主要是以冰碛堆积为主,在后期自然环境改造下,冰碛堆积上部逐渐被残坡积物和冲洪积物所覆盖;冰碛物内部的高阻块体为较大体积的块石,根据电阻率值大小结合通道上游地层岩性及岩石物理化学性质综合分析,推断块石岩性应以花岗闪长岩为主,冰碛堆积中低阻团块为冰碛透镜体结构反映,其成分为泥—砂质含量较大的角砾石土为主;同时,高密度剖面电性的过渡特征也反映了冰碛堆积中由侧碛向基碛过渡的结构。

由此追溯,该区域历史上曾发生强烈的冰川活动,冰川裹挟大量碎块石和碎屑物质向前运移,在此过程中强烈的掘蚀作用将构造部位地表破碎岩块挖起并携带运移,导致构造部位基岩表面出现冰蚀凹谷,且在冰川长距离运移过程中,其内部大体积块石长轴方向逐渐被调整至与冰川运动方向一致;在后期冰川逐渐消退的过程中,冰川内部裹挟的砂、土、细砾石等物质在冰水带动下向内部剩余空间转移富集,形成冰碛透镜体。

4 结论

根据冻错曲塘布段第四系音频大地电磁测深与高密度测量成果,该段第四系浅部电性特征为层状中高阻结构,其主要为残坡积、冲洪积物反映;下部综合电性特征与冰碛堆积结构高度一致,结合周边冰川地貌推断该段第四系下部为冰碛物。物探成果表明,该段第四系是在冰碛堆积的基础上,在自然条件下二次发育所形成。

从本次物探效果来看,音频大地电磁测深与高密度测量2种组合物探手段对大厚度的冰碛堆积具有较好识别效果。音频大地电磁具有探测深度大、高频数据量大的优点,能较好识别冰碛堆积厚度、基岩表面冰蚀凹谷、冰碛透镜体等特征;高密度测量虽然探测深度有限,但具有分辨率高的优点,采用多测线或者三维高密度测量方式,可有效识别冰碛堆积三维空间结构特征。

参考文献

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被引期刊影响因子

[1]

蒲健辰.

中国冰川目录9-10澜沧江流域怒江流域[M]. 西安: 西安地图出版社, 2002.