鐘韜

（中國電建集團中南勘測設計研究院有限公司，長沙410014）

1 引言

由于西部地區(qū)大多地質情況復雜，地形起伏變化大，自然環(huán)境惡劣，常規(guī)工程地震、電法勘探方法在很大程度不能滿足工程地質勘探的需要。針對上述情況，近年來逐步研究出一種新的探測技術——EH4高頻大地電磁法，該方法設備輕便、采集速度快、施工費用低、勘探深度大、反演結果精度較高，能更好地適應地形起伏較大、地質情況復雜、環(huán)境惡劣地區(qū)的勘探工作。本文以西部某治理保護工程引水隧洞隱伏斷層的探測為例，介紹EH4在工程地質勘察中的應用。

2 EH 4工作原理

EH4是通過對地面電磁場的觀測研究地下巖石電阻率分布規(guī)律的一種物探方法。它通過觀測2個正交電場分量（Ex、Ey）和磁場分量（Hx、Hy）信息，利用傅里葉變換將時間域的電磁信號變成頻譜信號，得到 Ex、Ey、Hx、Hy，并由式（1）計算出卡尼亞電阻率與相位的變化規(guī)律，由式（2）計算出趨膚深度，進而推斷測區(qū)地電特征和地下構造。式（1）和式（2）中，δ為趨膚深度，m；f為頻率，Hz；ρ為電阻率，Ω·m；E 為電場強度，ms/km；H 為磁場強度，n T[1]。

3 數據采集技術措施[2]

影響原始數據采集質量的因素主要包括：平行試驗檢測、電極布置、磁棒布置、采集數據時段等。實際野外測量中需采取必要的技術措施來保證數據質量：

1）在開展工作的前一天做平行試驗，檢測儀器是否工作正常，2個磁棒相隔5m，平行放在地面，2個電偶極子也平行。觀測電場、磁場通道的時間序列信號，檢查2個方向通道的波形形態(tài)和強度是否基本一致。

2）野外工作電極的布置通常是采用4個電極，其中，每2個電極組成1個電偶極子，電偶極子的布置為分別沿平行測線方向和垂直測線方向各1對，誤差夾角應在±2°以內。并確保布置的電極與大地接觸良好，一般接地電阻至少要小于10 000Ω/m[2]。

3）磁棒離前置放大器大于5m，為了消除人文因素干擾，2個磁棒要埋在地下，保證其平穩(wěn)，用羅盤儀定向使HX、HY兩磁棒相互垂直，誤差不超過±2°，且水平。所有的工作人員離開磁棒至少5m。

4）天然電磁場在不同時段的不同頻率的信號強度分布不同。天然場源主要以雷暴為主，在北半球夏強冬弱，夜強日弱。場源信號的這種強弱變化，導致了阻抗數據的變化，在信號較弱時進行觀測，阻抗結果往往具有明顯的畸變特征，大部分表現為電磁場振幅譜曲線、視電阻率、相位曲線呈谷底型，脫節(jié)或不光滑，部分頻點標準偏差非常大，此時需使用可控人工源補充天然場信號較弱的高頻段信號[3]。

5）采用人工源時，EH4要求在“遠區(qū)”觀測，需避免因發(fā)、收距較小，出現近源效應[4]，數據發(fā)生畸變；避免因發(fā)、收距較大，不能觀測到有效數據。接收器到發(fā)射源之間最大的有效距離為：標準功率發(fā)射器為400m，大功率發(fā)射器為800m。標準天線的發(fā)射頻率是800~64 000Hz；大功率天線的頻率范圍是400~32 000Hz。

6）采用人工源進行采集數據時，尤其是在地形起伏較大的地方，需注意接收點與發(fā)射源的相對位置。

4 應用實例

工程區(qū)位于青藏高原東南部，地貌上屬高山峽谷區(qū)，屬岡底斯—騰沖地層區(qū)的拉薩—察隅地層分區(qū)，分布有元古代（Pt）—第四系（Q）地層。引水隧洞線路沿線為高山峽谷地貌，穿過7條深切大沖溝。地層巖性主要為片麻巖夾片巖、大理巖，引水隧洞與F26斷層大角度相交，與F24斷層近平行，距離約1.2km，緊臨出洞口發(fā)育F42斷層。工區(qū)地形起伏較大、且采集時間段由夏季跨度到冬季，圖1a、圖1b為不同季節(jié)數據曲線，由圖可知夏季天然場源各頻帶信號較強，數據采集質量較好，視電阻率呈現一條近似連續(xù)光滑的曲線；冬季天然場源各頻帶信號較弱，數據采集質量較差，中、低頻帶局部出現“死頻點”現象。圖1c、圖1d為不同高程接收點數據曲線，由圖可知，當源距一定時，接收點低于發(fā)射源時，視電阻率曲線“死頻點”相對減少，采集數據質量相應較高。因此，本次勘察在夏季采用天然場源信號，在冬季采用可控人工源對天然源信號進行補償。采用人工源時，通過試驗對比確定本次勘察場源距為250～500m，并根據前期測量成果，提前確定好源點位置，盡量使接收點高程低于發(fā)射點高程。

圖2為引水隧洞線路打貢弄巴與松宗弄巴段剖面，樁號2+290～2+690m 段，視電阻率變化范圍為 100～850Ω·m。淺部視電阻率低，小于400Ω·m，主要為崩坡積的反映，最大厚度約50m。高程2200m以上樁號2+490m處視電阻率大于850Ω·m的等值線出現中斷現象，小于850Ω·m的等值線趨向斷口彎曲，傾向下部的低阻異常區(qū)域，為斷層（F2）的反映，傾向小里程方向；樁號3+290～3+795.29m段，視電阻率變化范圍為100～3000Ω·m。淺部視電阻率低，小于 400Ω·m，主要為崩坡積的反映，最大厚度約65m。高程2500m以上樁號3+380m處視電阻率大于750Ω·m的等值線出現中斷現象，小于750Ω·m的等值線趨向斷口彎曲，傾向下部的低阻異常區(qū)域，為斷層（F3）的反映，傾向小里程方向。

圖1 典型數據曲線

圖2 引水隧洞線路打貢弄巴與松宗弄巴段剖面

5 結論

通過EH4在西部地區(qū)探測隱伏斷層的應用，表明該方法能快速、準確地查明地層空間分布形態(tài)與特征，是一種有效的勘探方法，并且巧妙地采用了天然場與人工場相結合的工作方式，使用可控源補充天然場信號較弱的高頻段信號，既保證了淺部到深部的勘探范圍，又加快了勘探過程，提高了工作效率，保證了觀測質量。