EH4中隧道工程地質(zhì)勘察應(yīng)用

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摘要：分析研究區(qū)的地質(zhì)-地球物理特征，通過(guò)大地電磁測(cè)深（eh4）在隧道工程地質(zhì)勘察中的實(shí)例應(yīng)用表明：采用EH4大地電磁測(cè)深法開(kāi)展并結(jié)合實(shí)地地形地貌特征進(jìn)行工作布置，方法選擇正確，資料真實(shí)可靠，滿足勘察目的，查明了隧道構(gòu)造分布情況。

關(guān)鍵詞：大地電磁測(cè)深（EH4）；隧道工程；工程地質(zhì)勘察0引言大地電磁測(cè)深（EH4）勘察斷層的地球物理前提條件：較大斷裂存在一定寬度的破碎帶，使其與兩盤(pán)正常巖體之間存在一定的物性差異；斷裂使地層巖體出現(xiàn)錯(cuò)動(dòng)，斷層破碎帶與構(gòu)造擠壓影響帶、正常巖體的物質(zhì)狀態(tài)、組成之間應(yīng)存在較大差異，由于降雨時(shí)，第四系松散堆積層（碎石土）透水性良好，下伏基巖節(jié)理、片理發(fā)育，必然使斷裂破碎帶含水，具有一定規(guī)模的斷裂破碎帶表現(xiàn)為明顯的低阻條帶。從這些信息可以間接地推斷出斷層的性質(zhì)和其它參數(shù)。

1研究區(qū)地質(zhì)-地球物理特征

研究區(qū)主要地層巖性為第四系松散堆積層（碎石土）和泥灰?guī)r、砂巖、灰?guī)r及片巖。測(cè)區(qū)巖（土）體電阻率參數(shù)表.小于300Ω•m；泥灰?guī)r電阻率較低，而片巖、灰?guī)r電阻率較高，通常大于1000Ω•m；含水?dāng)鄬悠扑閹щ娮杪食尸F(xiàn)急劇下降趨勢(shì)。這種構(gòu)造與圍巖體間的差異特征，因此研究區(qū)具備開(kāi)展大地電磁法探測(cè)查找斷裂構(gòu)造的工作條件。為了在視電阻率成果圖中更直觀、明了地看出各種地電性變化及構(gòu)造特征，對(duì)測(cè)試原始數(shù)據(jù)進(jìn)行如下公式計(jì)算：ρs=100×log10(ρ)，(1)式(1)中，ρs為經(jīng)過(guò)計(jì)算后的視電阻率值，Ω•m；ρ為測(cè)試電阻值，Ω•m。

2工作內(nèi)容

2.1工作方法

勘探采用儀器為StrataGemEH4電磁成像系統(tǒng)，該儀器使用交變電磁場(chǎng)，不受高阻層的影響，特別是高阻薄層。在沙漠、山前卵石層覆蓋區(qū)均能有效探測(cè)地下深部的地質(zhì)信息。每個(gè)測(cè)點(diǎn)工作結(jié)束后，現(xiàn)場(chǎng)提供電磁場(chǎng)功率譜、振幅譜、視電阻率、相位、相關(guān)度、一維反演等信息，以便檢查質(zhì)量，確保野外資料可靠，可采用EMAP法測(cè)量，即連續(xù)電磁陣列剖面法，其工作效率高[1]。根據(jù)勘察目的，結(jié)合工作現(xiàn)場(chǎng)對(duì)比試驗(yàn)，本次EH4大地電磁測(cè)深選取最優(yōu)電極矩為20m，為確保數(shù)據(jù)質(zhì)量與工作實(shí)效，儀器采集分頻段進(jìn)行，上述頻帶又分成三個(gè)頻組：一頻組：10Hz～1kHz；二頻組：500Hz～3kHz；三頻組：750Hz～100kHz，在本次數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，對(duì)三個(gè)頻組的數(shù)據(jù)全部采集，且每個(gè)頻組采集疊加次數(shù)不少于8次，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果，對(duì)部分頻組進(jìn)行多次疊加。

2.2采集方法

在數(shù)據(jù)采集之前進(jìn)行平行試驗(yàn)，在工區(qū)進(jìn)行儀器自檢，確定儀器工作正常。所謂平行試驗(yàn)是指將兩個(gè)電極相互平行擺放（如X方向），兩個(gè)磁棒也朝同一方向擺放（如Y方向），利用相同參數(shù)進(jìn)行采集，經(jīng)試驗(yàn)，兩個(gè)不同電極及磁棒所得的譜線圖一致，故所計(jì)算的視電阻率曲線也是一致的，儀器工作正常。在試驗(yàn)工作結(jié)束后，開(kāi)始數(shù)據(jù)采集工作。

3成果分析

3.1室內(nèi)資料整理

電磁法探測(cè)是根據(jù)電磁波在地下巖層中傳播時(shí)存在的時(shí)差性來(lái)反映地下介質(zhì)的物性差異，即地下介質(zhì)電場(chǎng)強(qiáng)度、磁場(chǎng)強(qiáng)度和相位的差異；資料處理就是依據(jù)電場(chǎng)強(qiáng)度、磁場(chǎng)強(qiáng)度和相位的差異計(jì)算視電阻率值和相位值。a)采用在野外實(shí)時(shí)獲得的時(shí)間序列Hy、Ex、Hx、Ey振幅進(jìn)行FFT變換，獲得電場(chǎng)和磁場(chǎng)虛實(shí)分量和相位數(shù)據(jù)φHy、φEx、φHx、φEy，讀取@文件（該文件將文件號(hào)、點(diǎn)線號(hào)、電偶極子長(zhǎng)度等信息建立起一一對(duì)應(yīng)關(guān)系），讀取Z文件（該文件是一個(gè)功率譜文件，包含頻率、視電阻率、相位）。通過(guò)ROBUST處理等，計(jì)算出每個(gè)頻率（f）點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的平均電阻率（ρ）與相位差（φEH），根據(jù)趨膚深度的計(jì)算公式，將頻率-波阻抗曲線轉(zhuǎn)換成深度-視電阻率曲線進(jìn)行可視化編輯；在一維反演的基礎(chǔ)上，利用EH-4系統(tǒng)自帶的二維成像軟件IMAGEM進(jìn)行快速自動(dòng)二維電磁成像，根據(jù)區(qū)域地質(zhì)情況進(jìn)行數(shù)據(jù)的反復(fù)篩查，編輯病壞數(shù)據(jù)必要時(shí)剔除[2]；b)對(duì)每個(gè)頻率（f）點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的平均電阻率（ρ）與相位差（φEH）數(shù)據(jù)進(jìn)行初步處理分析后，采用商業(yè)MTsoft2D2.3大地電磁專(zhuān)業(yè)處理軟件進(jìn)行二維處理。該軟件采用模塊開(kāi)發(fā)，由數(shù)據(jù)管理模塊（DataManager）、正演模塊（MTForWardSoft）、數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊（MTPreSoft）、數(shù)據(jù)反演模塊（MT2DISoft）和反演結(jié)果顯示模塊（MTViewInvSoft）五部分組成。對(duì)測(cè)線數(shù)據(jù)進(jìn)行總覽以后進(jìn)行預(yù)處理后，執(zhí)行靜態(tài)校正和空間濾波；分別以BOSTIC一維反演結(jié)果和OCCAM一維反演結(jié)果建立初始模型，進(jìn)行帶地形二維非線性共軛梯度法（NLCG）反演，獲得深度-視電阻率數(shù)據(jù)；c)對(duì)深度-視電阻率數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)格化，繪制頻率-視電阻率等值線圖，綜合地質(zhì)資料及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況，在等值線圖上劃出異常區(qū)，做出初步的地質(zhì)推斷。然后根據(jù)原始的電阻率單支曲線類(lèi)型并結(jié)合已知地質(zhì)資料確定地層劃分標(biāo)準(zhǔn)，確定測(cè)深點(diǎn)深度，繪制視電阻率等值線圖，結(jié)合相關(guān)地質(zhì)資料和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)果進(jìn)行綜合解釋和推斷；d)繪制剖面成果圖，用反演輸出的深度-視電阻率反演數(shù)據(jù)繪制出視電阻率等值線剖面圖。首先在Surfer軟件中繪制電阻率等值圖，再轉(zhuǎn)換到AutoCAD中，經(jīng)修整完成最后的成果圖，供分析、解釋。

3.2成果分析

資料分析依據(jù)地下地層間的物性差異。地層由于成因環(huán)境不同，同時(shí)受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，從而在縱向和橫向上產(chǎn)生視電阻率和相位上的變化。巖層視電阻率值不僅與地層結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、成份、成因有關(guān)，還與其巖石的顆粒大小、密度、地下水含量等因素有關(guān)。通過(guò)視電阻率變化特征，可以推斷地下地層的分布規(guī)律、斷裂構(gòu)造等信息。a)，隧道設(shè)計(jì)線里程樁號(hào)K1+128～K1+184（地表里程樁號(hào)）/K1+086～K1+148（隧道洞身里程樁號(hào)），視電阻率值顯示為低電阻異常區(qū)，推測(cè)此處為含水?dāng)鄬悠扑閹1，傾角約為73°，寬度約為62m，從電阻率形態(tài)推斷該斷層為正斷層。同時(shí)經(jīng)過(guò)里程樁號(hào)K1+095左13m出鉆孔驗(yàn)證在該位置106m以下（由于鉆孔深度130m，斷層破碎帶未打穿）存在斷層破碎帶與物探推斷結(jié)果基本一致。施工時(shí)應(yīng)加強(qiáng)防護(hù)，以預(yù)防落石、塌方、等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。隧道設(shè)計(jì)線里程樁號(hào)K1+791～K1+872（地表里程樁號(hào)）/K1+678～K1+762（隧道洞身里程樁號(hào)），視電阻率值顯示為低電阻異常區(qū)，推測(cè)此處為含水?dāng)鄬悠扑閹2。傾角約為75°，寬度約為75m，從電阻率形態(tài)推斷該斷層為逆斷層。隧道設(shè)計(jì)線里程樁號(hào)K2+570～K2+656（地表里程樁號(hào)）/K2+416～K2+498（隧道洞身里程樁號(hào)），視電阻率值顯示為低電阻異常區(qū)，推測(cè)此處為含水?dāng)鄬悠扑閹3，傾角約為70°，寬度約為82m，從電阻率形態(tài)推斷該斷層為逆斷層。隧道設(shè)計(jì)線里程樁號(hào)K4+004～K4+088（地表里程樁號(hào)）/K4+050～K4+132（隧道洞身里程樁號(hào)），視電阻率值顯示為低電阻異常區(qū)，推測(cè)此處為含水?dāng)鄬悠扑閹4，傾角約為80°，寬度約為82m，從電阻率形態(tài)推斷該斷層為正斷層。隧道設(shè)計(jì)線里程樁號(hào)K4+535～K4+612（地表里程樁號(hào)）/K4+560～K4+640（隧道洞身里程樁號(hào)），視電阻率值顯示為低電阻異常區(qū)，推測(cè)此處為含水?dāng)鄬悠扑閹5，傾角約為103°，寬度約為80m，從電阻率形態(tài)推斷該斷層為正斷層.b)K0+950右50m～K1+250右50m，平行設(shè)計(jì)隧道線，目的為查證F1斷層平行設(shè)計(jì)隧道線K1+070右50m～K1+122右50m兩側(cè)電阻率存在較明顯的電性差異且電阻率等值線形態(tài)扭曲，推測(cè)F1斷裂由此通過(guò)，傾角約73°，寬度約52m，切割深度相對(duì)較大，從電阻率形態(tài)推斷該斷層為正斷層.

4結(jié)語(yǔ)

基本查明了斷裂構(gòu)造F1的展布特征，位于里程樁號(hào)K1+090～K1+142，同時(shí)與K1+070右50m～K1+122右50m位置斷層破碎帶位置相對(duì)應(yīng)，結(jié)合以上兩異常位置，推斷F1走向?yàn)镹E28°，傾角為73°，寬度為52m，為一正斷層。物探勘察推斷出斷裂構(gòu)造F2～F5，由于工作量偏少未作其平行線路，同時(shí)覆蓋層較厚、無(wú)地質(zhì)露頭現(xiàn)象，故其斷層走向暫且無(wú)法判斷。實(shí)際應(yīng)用結(jié)果表明，采用EH4大地電磁測(cè)深法開(kāi)展并結(jié)合實(shí)地地形地貌特征進(jìn)行工作布置，方法選擇正確，資料真實(shí)可靠，滿足勘察目的，查明了隧道構(gòu)造分布情況。

參考文獻(xiàn)：

［1］尹劍，凌巍，林永燊.高頻大地電磁在深埋隧洞探測(cè)中的應(yīng)用［J］.水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2015(9)：12-13.

［2］譚紅艷，呂駿超，劉桂香，等.EH4音頻大地電磁測(cè)深方法在鄂東南地區(qū)尋找隱伏礦體的應(yīng)用［J］.地質(zhì)與勘探，2011(11)：15-17.

作者:徐彬 單位:山西省煤炭工業(yè)廳煤炭資源地質(zhì)局