魏士俊

（中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心四川總隊物探隊，四川 成都610051）

1 概述

隨著我國鐵路修建發(fā)展迅速，特別是西部地區(qū)戰(zhàn)略性發(fā)展，鐵路網(wǎng)的建設(shè)如火如荼，在西部高山峽谷，高海拔地區(qū)隧道修建便是常遇到的工程問題。對于世紀工程藏區(qū)鐵路修建隧道工程愈加重要。從選線到初設(shè)和施設(shè)階段勘察工作尤為重要，在西部高海拔地形條件復(fù)雜的山區(qū)大地電磁測深法展示出其獨特的優(yōu)勢。通過研究大地對天然電磁場的頻率響應(yīng)，可獲得地下不同深度介質(zhì)電阻率分布的信息。從而推斷地質(zhì)構(gòu)造、劃分地層巖性界限等，并根據(jù)巖石電阻率差異進行隧道圍巖分級，為隧道設(shè)計提出建設(shè)性意見。

2 大地電磁測深基本理論與ADU-07e 系統(tǒng)

2.1 基本理論

大地電磁測深以天然交變電磁場為場源，當(dāng)交變電磁場在地下介質(zhì)中傳播時，由于電磁感應(yīng)作用，地面電磁場的觀測值將包含地下介質(zhì)電阻的分布信息。伴隨著電磁場的趨膚效應(yīng)，不同頻率的電磁場信號又有不同的穿透深度，因此通過研究大地對天然電磁場的頻率響應(yīng)，可獲得地下同深度介質(zhì)電阻率分布的信息。

資料采集時，觀測資料必須包含有足夠的頻率成分和滿足質(zhì)量指標的記錄長度，從而達到勘探要求。

2.2 ADU-07e 電磁測深系統(tǒng)工作介紹

ADU-07e 大地電磁測深系統(tǒng)是德國Metronix 公司研發(fā)，由主機ADU-07e、磁場傳感器、電極和軟件系統(tǒng)組成。ADU-07e 是全頻段電磁觀測系統(tǒng)：10Hz-50kHz 稱為聲頻AMT，主要接收大氣層雷電活動產(chǎn)生的電磁波；10,000s-10kHz 為MT+AMT，主要接收太陽活動和大氣層雷電活動產(chǎn)生的電磁波，它是大地電磁法的主要頻帶；1kHz-100,000s 稱其為超低頻MT。其中AMT 頻段是本文論述的主要內(nèi)容?，F(xiàn)將該ADU-07e 電磁測深系統(tǒng)野外施測、儀器一致性校驗介紹如圖1、2。

圖1 資料采集布置示意圖

圖2 時域曲線（上）、頻率電阻率曲線（下）一致性校驗

2.3 數(shù)據(jù)處理與反演

采用Mapros 軟件對資料進行預(yù)處理，成果示意如圖3。

圖3 預(yù)處理頻率電阻率曲線

預(yù)處理后，采用相關(guān)反演軟件對資料進行處理，首先對野外數(shù)據(jù)進行剔非值、去噪等處理，然后進行一維及二維反演成像（反演電阻率斷面圖）及解釋。

3 應(yīng)用實例

3.1 工區(qū)地質(zhì)概況和地球物理特征

工區(qū)位于甘孜州境內(nèi)，橫洞主要巖性為新近系二長花崗巖、糜棱巖化花崗巖、三疊系上統(tǒng)雜谷腦組變質(zhì)石英砂巖夾板巖以及少部分斷層角礫。工區(qū)屬于中- 高山地貌，發(fā)育有色拉哈-康定斷裂、雅拉溝分支斷裂以及雅拉河分支斷裂。

據(jù)經(jīng)驗統(tǒng)計和工區(qū)地球物理反演結(jié)果分析，得出各類巖體的電阻率值：極破碎、極軟弱富水巖體電阻率值小于350Ω·m；破碎、軟弱或含水巖體350～1200Ω·m ；較破碎、軟弱巖體大于1200Ω·m。各類巖體存在明顯電阻率差異提供了良好物探前提。

3.2 測線布置

本次物探目的是探測穿越橫洞洞身斷層產(chǎn)狀及破碎帶寬度、埋深和規(guī)模等；查明橫洞的工程地質(zhì)條件，為橫洞設(shè)計提供基礎(chǔ)資料。綜合相關(guān)要求，在橫洞中線位置布置一條測線，測點距為30m，電極距為20m。

3.3 成果分析與解釋

圖4 DK0+000～DK3+500 段大地電磁測深電阻率斷面圖

3.3.1 成果分析

以物探資料分辨能力為前提及勘探區(qū)地質(zhì)資料反映的主要地層巖性、構(gòu)造為基礎(chǔ)，以不同巖性電性特征為物性依據(jù)對物探資料進行綜合分析與解釋。

a.在分析物探野外實測曲線類型及變化的基礎(chǔ)上，進一步分析電阻率斷面圖橫向及縱向電性結(jié)構(gòu)變化規(guī)律，以及局部高、低阻異常的范圍和形態(tài)，從整體上把握隧道橫洞在大地電磁測深資料上的反映特征，初步對巖性界線、斷裂破碎帶、軟弱帶及含水情況進行判釋，為后續(xù)進一步的綜合地質(zhì)解釋工作提供基礎(chǔ)。

b.根據(jù)現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)反演后的視電阻率ρs 值大小結(jié)合經(jīng)驗數(shù)據(jù)，并針對不同的巖性、巖體完整性及各種不良地質(zhì)構(gòu)造的電性特征進行綜合分析，按反演電阻率大小及等值線變化的形態(tài)，采用（Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ）等標識符號對應(yīng)為（較破碎巖體，破碎巖體，極破碎巖體）的3 類巖體進行劃分，電阻率參數(shù)只作為隧道圍巖等級劃分依據(jù)之一，但有別于隧道最終地質(zhì)成果的圍巖等級劃分。

c. 依據(jù)ρs 斷面圖上電阻率異常的等值線形態(tài)及梯度變化趨勢，確定異常帶的范圍邊界。對于較明顯的反演電阻率曲線錯斷及梯度較陡的等值線所反映出的高、低阻異常帶，在排除明顯巖性分界帶的情況下，可以作為判斷構(gòu)造帶異常類型的重要依據(jù)，斷層歸為Ⅴ類異常區(qū)。

3.3.2 成果解釋

a.DK0+000～DK1+200 段

電阻率斷面圖顯示以中高阻為背景、淺部分布有條帶狀低阻異常的電性特征；在橫向上，電性有間斷；豎向電阻率總體向下遞增，在洞身里程為DK0+720～DK0+800 地段，存在上下基本貫通的條帶狀低阻異常，等值線有明顯錯斷，梯度較陡，判釋為斷層破碎帶（Ⅴ類異常）；余下洞身段落未見明顯低阻異常，判釋為Ⅳ及Ⅲ類異常，分別對應(yīng)破碎、軟弱巖體和較破碎、軟弱巖體。

b.DK1+200～DK3+500 段

電阻率斷面圖顯示洞身以上淺部區(qū)域以中高阻為背景、分布有規(guī)模較大的條帶狀低阻異常。橫向等值線分布不連貫，在洞身里程為DK1+665～DK1+710、DK2+895～DK2+960 兩處等值線顯示明顯錯斷且梯度較大，判釋為斷層破碎帶（Ⅴ類異常）；橫洞出口有電阻率低阻異常，據(jù)地質(zhì)資料判釋出口有斷裂存在；洞身附近其他段落未見明顯低阻異常，判釋為Ⅳ及Ⅲ類異常，分別對應(yīng)破碎、軟弱巖體和較破碎、軟弱巖體。

綜上：在物探Ⅴ類異常地段，特別是幾處斷層破碎段落建議線路方案比選，在施工過程中應(yīng)加強落實支護方案，有效預(yù)防塌方及涌水等。

4 結(jié)論

通過ADU-07e 電磁測深系統(tǒng)在橫洞勘察中的應(yīng)用，說明在復(fù)雜地形地質(zhì)條件下該方法能夠取得較好的勘探效果，論證了該儀器的有效性、以及音頻大地電磁法的可靠性。音頻大地電磁法在發(fā)現(xiàn)電阻率物性差異較大的不均勻體方面是可靠有效的。因該方法地表淺層解釋精度有限且局部存在多解性以及地形因素、干擾電磁場的存在要求實際工作中應(yīng)盡量采用多種勘探方法加以驗證，使物探成果與實際符合。