EH4電磁成像系統在高速公路隧道勘查中的應用

■黃啟璋

（廣東省核工業地質局二九三大隊廣東廣州 510800）

EH4電磁成像系統在高速公路隧道勘查中的應用

■黃啟璋

（廣東省核工業地質局二九三大隊廣東廣州 510800）

該文介紹了EH4電磁成像系統的原理、野外工作方法和資料處理，并將該方法應用于某高速公路隧道的前期勘查中，收到了較好的效果，表明EH4電磁成像系統在高速公路隧道勘查中比較實用。

EH4 電磁成像系統 高速公路 破碎帶

1 前言

EH4電磁成像系統是由美國EMI公司和Geometrics公司聯合研制，被廣泛應用于地下水、礦產、地熱以及工程地質調查等方面，并取得了較好的效果。EH4電磁成像系統在某隧道的前期勘查中的應用，取得了較好效果。

2 EH4電磁成像系統的原理

EH4電磁成像系統（簡稱EH4）既可以用天然場的大地電磁信號，又可以使用人工場源的電磁信號，以此來獲得測量點下的電性結構。

根據電磁場與地下介質電阻率之間的關系，由垂直入射地面的平面電磁波在均勻大地介質中時，通過測量相互正交的電場分量和磁場分量，利用式（1）和（2）可確定介質的電阻率；若介質為非均勻時，則計算的電阻率為視電阻率。

式中f是頻率，Hz；ρ是電阻率，Ω·m；E是電場強度，mv/km；H是磁場強度，nT。由此計算出不同頻率下的卡尼亞視電阻率和相位，可以確定地下巖層的電性結構和地質構造。

電磁波在大地介質中的穿透深度或趨膚深度（δ）與頻率有關，可由式（3）表示：

由上式可知，頻率較高的數據反映淺部介質的電性特征，頻率較低的數據反映深部介質的電性特征。因此，通過研究地表采集的電場和磁場信息，并由此計算出電阻率和相位，可反演出地下不同深度介質的電性特征，這就是EH4觀測系統的方法原理。

3 野外工作方法

EH4電磁成像系統野外測量多采用剖面法。野外數據采集時，以測線方向為x軸，垂直測線方向為y軸，采用“十”字形方式布極（見圖1）。

圖1 EH4電磁成像系統野外工作布置圖

4 應用實例

4.1 工區概況

某隧道隧址區屬于侵蝕低山丘陵區地貌，本次勘探的目的是查明隧道周圍的破碎帶、巖溶區發育情況，為安全施工提供必要的物探依據。

某隧道隧道場的地層結構由新到老的順序依次為：第四系全新統（Qh），志留系下統（S1）薄層夾中厚層的砂質頁巖和砂巖，奧陶系中、上統（O2+3）灰綠、紫紅色中厚層、厚層瘤狀泥灰巖，奧陶系下同（O1）灰色中厚層、厚層灰巖，寒武系上統（）薄層～中厚層灰色白云質灰巖。

從電性角度看，第四系覆蓋層粘土電阻率最低，大約幾十Ω· m；寒武系地層中，巖溶或溶蝕強烈發育一般由于富水或充填低阻粘土等物質表現為中低阻特征，通常為n×10～n×102Ω·m；而完整的灰質泥巖電阻率約為n×103Ω·m，較第四系覆蓋層、含水構造帶和巖溶發育區的電阻率高約10倍以上。由此可見，該區具備開展電磁探測的地球物理前提。

4.2 資料解釋

根據EH4的探測資料，結合地質條件和巖石的物性參數，可以推斷出各類不良地質現象的空間分布特征。

圖2 某隧道EH4大地電磁測深電阻率等值線斷面圖

如圖2所示，從該隧道EH4大地電磁測深電阻率等值線斷面圖上可以看到：測區內的視電阻率局部較低，一般在n×10～1000 Ω·m；有明顯的“V”或“U”字型、橢圓形或圓形低阻異常特征。

低阻異常Ⅰ位于點號160～300號點、標高760～640之間，推測該低阻異常由裂隙發育引起的；低阻異常Ⅱ位于點號440～500號點、標高740～680之間，異常大號里程方向未閉合，推測該低阻異常為巖溶引起，主要表現為溶蝕裂隙；在點號460附近電阻率等值線斜率出現畸變，推測為破碎帶(F1)引起，F1向大號點方向傾斜。破碎帶周圍局部巖溶裂隙發育。

5 結論

通過利用EH4電磁成像系統在某高速公路隧道勘查中的應用，可以說明在復雜地形地質條件下EH4電磁成像系統能夠取得較好的勘查效果，可對灰巖地區的高速公路隧道的巖溶洞及斷裂構造的賦存進行超前的宏觀預測。

[1]李金銘、 羅延鐘.電法勘探新進展 [J].北京：地質出版社，1995.

[2]劉國棟、陳樂壽主編.大地電磁測深研究 [J].地震出版社，1984.

[3]柳建新、蔣玲霞等編著.EH4電磁成像系統在高速公路隧道工程勘察中的應用[J].工程地球物理學報.2008年第06期.

[4]孫英勛編著.EH4電磁成像系統在高速公路長大深埋隧道勘察中的應用研究[J].工程地質學報.2005年2月.

P62[文獻碼]B

1000-405X（2016）-5-336-1