EH4中隧道工程地质勘察应用

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摘要：分析研究区的地质-地球物理特征，通过大地电磁测深（eh4）在隧道工程地质勘察中的实例应用表明：采用EH4大地电磁测深法开展并结合实地地形地貌特征进行工作布置，方法选择正确，资料真实可靠，满足勘察目的，查明了隧道构造分布情况。

关键词：大地电磁测深（EH4）；隧道工程；工程地质勘察0引言大地电磁测深（EH4）勘察断层的地球物理前提条件：较大断裂存在一定宽度的破碎带，使其与两盘正常岩体之间存在一定的物性差异；断裂使地层岩体出现错动，断层破碎带与构造挤压影响带、正常岩体的物质状态、组成之间应存在较大差异，由于降雨时，第四系松散堆积层（碎石土）透水性良好，下伏基岩节理、片理发育，必然使断裂破碎带含水，具有一定规模的断裂破碎带表现为明显的低阻条带。从这些信息可以间接地推断出断层的性质和其它参数。

1研究区地质-地球物理特征

研究区主要地层岩性为第四系松散堆积层（碎石土）和泥灰岩、砂岩、灰岩及片岩。测区岩（土）体电阻率参数表.小于300Ω•m；泥灰岩电阻率较低，而片岩、灰岩电阻率较高，通常大于1000Ω•m；含水断层破碎带电阻率呈现急剧下降趋势。这种构造与围岩体间的差异特征，因此研究区具备开展大地电磁法探测查找断裂构造的工作条件。为了在视电阻率成果图中更直观、明了地看出各种地电性变化及构造特征，对测试原始数据进行如下公式计算：ρs=100×log10(ρ)，(1)式(1)中，ρs为经过计算后的视电阻率值，Ω•m；ρ为测试电阻值，Ω•m。

2工作内容

2.1工作方法

勘探采用仪器为StrataGemEH4电磁成像系统，该仪器使用交变电磁场，不受高阻层的影响，特别是高阻薄层。在沙漠、山前卵石层覆盖区均能有效探测地下深部的地质信息。每个测点工作结束后，现场提供电磁场功率谱、振幅谱、视电阻率、相位、相关度、一维反演等信息，以便检查质量，确保野外资料可靠，可采用EMAP法测量，即连续电磁阵列剖面法，其工作效率高[1]。根据勘察目的，结合工作现场对比试验，本次EH4大地电磁测深选取最优电极矩为20m，为确保数据质量与工作实效，仪器采集分频段进行，上述频带又分成三个频组：一频组：10Hz～1kHz；二频组：500Hz～3kHz；三频组：750Hz～100kHz，在本次数据采集过程中，对三个频组的数据全部采集，且每个频组采集叠加次数不少于8次，根据现场测试结果，对部分频组进行多次叠加。

2.2采集方法

在数据采集之前进行平行试验，在工区进行仪器自检，确定仪器工作正常。所谓平行试验是指将两个电极相互平行摆放（如X方向），两个磁棒也朝同一方向摆放（如Y方向），利用相同参数进行采集，经试验，两个不同电极及磁棒所得的谱线图一致，故所计算的视电阻率曲线也是一致的，仪器工作正常。在试验工作结束后，开始数据采集工作。

3成果分析

3.1室内资料整理

电磁法探测是根据电磁波在地下岩层中传播时存在的时差性来反映地下介质的物性差异，即地下介质电场强度、磁场强度和相位的差异；资料处理就是依据电场强度、磁场强度和相位的差异计算视电阻率值和相位值。a)采用在野外实时获得的时间序列Hy、Ex、Hx、Ey振幅进行FFT变换，获得电场和磁场虚实分量和相位数据φHy、φEx、φHx、φEy，读取@文件（该文件将文件号、点线号、电偶极子长度等信息建立起一一对应关系），读取Z文件（该文件是一个功率谱文件，包含频率、视电阻率、相位）。通过ROBUST处理等，计算出每个频率（f）点相对应的平均电阻率（ρ）与相位差（φEH），根据趋肤深度的计算公式，将频率-波阻抗曲线转换成深度-视电阻率曲线进行可视化编辑；在一维反演的基础上，利用EH-4系统自带的二维成像软件IMAGEM进行快速自动二维电磁成像，根据区域地质情况进行数据的反复筛查，编辑病坏数据必要时剔除[2]；b)对每个频率（f）点相对应的平均电阻率（ρ）与相位差（φEH）数据进行初步处理分析后，采用商业MTsoft2D2.3大地电磁专业处理软件进行二维处理。该软件采用模块开发，由数据管理模块（DataManager）、正演模块（MTForWardSoft）、数据预处理模块（MTPreSoft）、数据反演模块（MT2DISoft）和反演结果显示模块（MTViewInvSoft）五部分组成。对测线数据进行总览以后进行预处理后，执行静态校正和空间滤波；分别以BOSTIC一维反演结果和OCCAM一维反演结果建立初始模型，进行带地形二维非线性共轭梯度法（NLCG）反演，获得深度-视电阻率数据；c)对深度-视电阻率数据进行网格化，绘制频率-视电阻率等值线图，综合地质资料及现场调查情况，在等值线图上划出异常区，做出初步的地质推断。然后根据原始的电阻率单支曲线类型并结合已知地质资料确定地层划分标准，确定测深点深度，绘制视电阻率等值线图，结合相关地质资料和现场调查结果进行综合解释和推断；d)绘制剖面成果图，用反演输出的深度-视电阻率反演数据绘制出视电阻率等值线剖面图。首先在Surfer软件中绘制电阻率等值图，再转换到AutoCAD中，经修整完成最后的成果图，供分析、解释。

3.2成果分析

资料分析依据地下地层间的物性差异。地层由于成因环境不同，同时受构造运动的影响，从而在纵向和横向上产生视电阻率和相位上的变化。岩层视电阻率值不仅与地层结构、构造、成份、成因有关，还与其岩石的颗粒大小、密度、地下水含量等因素有关。通过视电阻率变化特征，可以推断地下地层的分布规律、断裂构造等信息。a)，隧道设计线里程桩号K1+128～K1+184（地表里程桩号）/K1+086～K1+148（隧道洞身里程桩号），视电阻率值显示为低电阻异常区，推测此处为含水断层破碎带F1，倾角约为73°，宽度约为62m，从电阻率形态推断该断层为正断层。同时经过里程桩号K1+095左13m出钻孔验证在该位置106m以下（由于钻孔深度130m，断层破碎带未打穿）存在断层破碎带与物探推断结果基本一致。施工时应加强防护，以预防落石、塌方、等地质灾害的发生。隧道设计线里程桩号K1+791～K1+872（地表里程桩号）/K1+678～K1+762（隧道洞身里程桩号），视电阻率值显示为低电阻异常区，推测此处为含水断层破碎带F2。倾角约为75°，宽度约为75m，从电阻率形态推断该断层为逆断层。隧道设计线里程桩号K2+570～K2+656（地表里程桩号）/K2+416～K2+498（隧道洞身里程桩号），视电阻率值显示为低电阻异常区，推测此处为含水断层破碎带F3，倾角约为70°，宽度约为82m，从电阻率形态推断该断层为逆断层。隧道设计线里程桩号K4+004～K4+088（地表里程桩号）/K4+050～K4+132（隧道洞身里程桩号），视电阻率值显示为低电阻异常区，推测此处为含水断层破碎带F4，倾角约为80°，宽度约为82m，从电阻率形态推断该断层为正断层。隧道设计线里程桩号K4+535～K4+612（地表里程桩号）/K4+560～K4+640（隧道洞身里程桩号），视电阻率值显示为低电阻异常区，推测此处为含水断层破碎带F5，倾角约为103°，宽度约为80m，从电阻率形态推断该断层为正断层.b)K0+950右50m～K1+250右50m，平行设计隧道线，目的为查证F1断层平行设计隧道线K1+070右50m～K1+122右50m两侧电阻率存在较明显的电性差异且电阻率等值线形态扭曲，推测F1断裂由此通过，倾角约73°，宽度约52m，切割深度相对较大，从电阻率形态推断该断层为正断层.

4结语

基本查明了断裂构造F1的展布特征，位于里程桩号K1+090～K1+142，同时与K1+070右50m～K1+122右50m位置断层破碎带位置相对应，结合以上两异常位置，推断F1走向为NE28°，倾角为73°，宽度为52m，为一正断层。物探勘察推断出断裂构造F2～F5，由于工作量偏少未作其平行线路，同时覆盖层较厚、无地质露头现象，故其断层走向暂且无法判断。实际应用结果表明，采用EH4大地电磁测深法开展并结合实地地形地貌特征进行工作布置，方法选择正确，资料真实可靠，满足勘察目的，查明了隧道构造分布情况。

参考文献：

［1］尹剑，凌巍，林永燊.高频大地电磁在深埋隧洞探测中的应用［J］.水利规划与设计，2015(9)：12-13.

［2］谭红艳，吕骏超，刘桂香，等.EH4音频大地电磁测深方法在鄂东南地区寻找隐伏矿体的应用［J］.地质与勘探，2011(11)：15-17.

作者:徐彬 单位:山西省煤炭工业厅煤炭资源地质局