大地電磁在隧道探測(cè)中的應(yīng)用

蔡建峰

摘 要：為查明隧道地下地質(zhì)構(gòu)造情況，文章基于麥克斯維方程組原理，了解了大地高頻電磁場(chǎng)特征和EH4電測(cè)深系統(tǒng)工作方法，結(jié)合西南某隧道低電阻層段和高電阻層段的地電斷面實(shí)例，討論分析了大地電磁法在隧道勘探中的應(yīng)用。結(jié)果表明，大地電磁法在巖性劃分，斷層、破碎帶識(shí)別及含水層分析方面具有良好的應(yīng)用效果，表明大地電磁法在隧道探測(cè)中具有可靠性和實(shí)用性。

關(guān)鍵詞：隧道；大地電磁法；EH4

1 高頻大地電磁測(cè)深原理

1.1 麥克斯維方程組

電磁法勘探的基本方程是麥克斯維方程組：

（1）

式中E為電場(chǎng)強(qiáng)度；B為磁感應(yīng)強(qiáng)度；D為電通量密度；H為磁場(chǎng)矢量，？塄為哈密頓算符。

1.2 EH4電磁測(cè)深系統(tǒng)介紹

1.2.1 EH4電磁測(cè)深系統(tǒng)特征

EH4工作頻率范圍在0.1Hz-100KHz之間，屬于高頻電磁測(cè)深頻帶范圍。EH4系統(tǒng)在勘探中有許多優(yōu)點(diǎn)，具體表現(xiàn)為：（1）EH4電磁測(cè)深系統(tǒng)提供二維張量測(cè)量與處理、解釋；（2）提供探測(cè)區(qū)外的場(chǎng)源，為某些頻段信號(hào)差提供重要參考數(shù)據(jù)；（3）EH4電磁測(cè)深系統(tǒng)適用各種地形，采集數(shù)據(jù)效率高。

1.2.2 EH4電磁測(cè)深系統(tǒng)工作方法

EH4電磁測(cè)深系統(tǒng)工作首先是從野外采集電磁場(chǎng)數(shù)據(jù)（Ex、Ey、Hx、Hy），進(jìn)而進(jìn)行去噪、信號(hào)加強(qiáng)等處理，然后通過二次處理輸出相應(yīng)數(shù)據(jù)。根據(jù)EH4工作方法可以看出，其剖面測(cè)線的選擇很靈活，測(cè)線布設(shè)不一定走直線，這大大提高了勘探效率。

2 大地電磁在隧道探測(cè)中的應(yīng)用

2.1 工區(qū)概況

西南某公路隧道大部分地勢(shì)比較平緩，但局部地區(qū)較陡，海拔高差在400米左右。自上而下的地層包括第四系的卵礫石、黏土等松散巖土層，侏羅系自流井組砂、泥巖，三疊系須家河組含煤砂、泥巖；雷口坡組石灰?guī)r等。從電性特征來看工區(qū)完整的巖體與軟弱巖體、破碎巖體存在著明顯的電性差異，這為大地電磁測(cè)深勘探提供了前提保障。

2.2 測(cè)線布設(shè)

從勘探目的來看，隧道中開展大地電磁法主要是為了查明地下一定深度范圍內(nèi)的巖性，并劃分地層界線，判斷地下斷層、破碎帶發(fā)育情況和分布位置。因此測(cè)線沿隧道中線布設(shè)，電極距為20米，測(cè)點(diǎn)距為20米。

2.3 資料處理解釋

2.3.1 EH4資料處理與解釋流程

（1）資料處理。為保證解釋數(shù)據(jù)定性、定量解釋的真實(shí)可靠，需要對(duì)外業(yè)采集的原始資料進(jìn)行預(yù)處理，包括極化判別、靜態(tài)效應(yīng)校正、視電阻率曲線編輯等。（2）定性分析。定性分析的內(nèi)容包括曲線類型分析、參數(shù)分析、相位分析等。（3）資料反演。主要的反演方法包括Bostick反演、一維連續(xù)介質(zhì)反演、二維連續(xù)介質(zhì)反演。（4）結(jié)合地質(zhì)、鉆探、測(cè)井等資料，綜合解釋地下地質(zhì)構(gòu)造情況，并繪制電學(xué)地質(zhì)斷面圖，提供綜合解釋成果。

2.4 應(yīng)用分析

2.4.1 低阻層斷面分析

圖1為隧道低阻層段的大地電磁測(cè)深綜合解釋成果圖。

從圖1可以看出，紅色直線代表隧道洞身的位置，該解釋剖面位于隧道進(jìn)口段，地形起伏較大，埋深較淺。從電阻率斷面圖可以看出，整體電阻率值都偏低，說明巖體總體比較軟，并且破碎。在巖體極破碎位置或巖溶發(fā)育的位置，出現(xiàn)明顯的低阻團(tuán)塊和等值線下凹畸變。地表和近地表覆蓋層電阻率非常低，說明巖土層非常疏松，含水性高，在施工過程中應(yīng)注意涌水、塌方等地質(zhì)災(zāi)害。

2.4.2 高阻層斷面分析

圖2為隧道高阻層段的大地電磁測(cè)深綜合解釋成果圖。

從圖2可以看出該測(cè)線段位于隧道中深部地段，電阻率沒有明顯的低值，電阻率相對(duì)比較高，說明此段巖體比較完整，以下部老地層基巖為主。低電阻率層以地表和近地表的覆蓋層為主。

3 結(jié)束語

文章從電磁場(chǎng)原理出發(fā)，討論了高頻大地電磁場(chǎng)的特征和EH4系統(tǒng)的工作方法，并結(jié)合實(shí)際大地電磁資料，分析了隧道低阻層段和高阻層段的電性斷面。應(yīng)用結(jié)果表明，大地電磁法在隧道探測(cè)中具有良好的可行性和有效性。

參考文獻(xiàn)

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