EH4技術在高原隧道中的應用

簡春勇+孫俊飛

摘 要：本文介紹了EH4電磁成像系統的原理，通過西藏隧道的應用實例說明該方法在青藏高原地區，結合地質、鉆探等手段對隧道基巖風化強度、斷裂破碎帶的劃分具有較好效果。

關鍵詞：EH4；隧道；勘察

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.13.084

“十三五”規劃提出加快西部基礎設施建設要以公路建設為重點，加快完善鐵路、公路骨架網絡。青藏高原基礎設施建設相對滯后，在今后規劃中是重點項目。在隧道工程勘察中需查明是否存在斷裂破碎帶及將基巖的風化強度進行劃分，多采用EH4電磁成像系統進行勘察。

1 EH4電磁成像系統的原理

EH4電磁成像系統是一種雙源型電磁系統，主要探測1000米以內的電磁場分布規律和特征具有明顯的效果。它利用大地電磁的測量原理，配置特殊人工電磁波發射源。這種發射源的天線是一對十字交叉的天線，組成X、Y兩個方向的磁偶極子，發射率從500Hz到100KHz，專門用來彌補大地電磁場的寂靜區和幾百赫茲附近的人文電磁干擾諧波。儀器用反饋式高靈敏度低噪音磁棒和特制的電極，分別接收X、Y兩個方向的磁場和電場。由18位高分辨率多通道全功能數據采集、處理一體機完成所有的數據合成。其有效勘探深度為幾十米至一千米左右，能滿足大部分隧道的勘探深度。

根據以Maxwell方程組為核心的大地電磁理論，若將地表天然電場與磁場分量的比值定義為地表波阻抗，那么在均勻大地背景下，此阻抗與入射場極化無關，只與大地電阻率以及電磁場的頻率有關：

對于水平分層的大地，上述表達式仍然適用。但用它計算得到的電阻率為視電阻率，而且隨頻率的改變而變化，因為電磁波的大地穿透深度或趨膚深度與頻率有關。

EH4電磁成像系統的原理：趨膚深度取決于大地電阻率和使用的信號頻率。電阻率減小或頻率增高，趨膚深度變淺；反之，電阻率增大或頻率降低，趨膚深度加大。如果大地電阻率結構一定，改變信號頻率便可得到連續的垂直深度。趨膚深度并不代表實際的有效勘探深度，其有效勘探深度與現場的地質情況有關[1]。

2 應用實例

西藏某勘探隧道全長3152m，按隧道分類屬特長隧道，隧道洞底最大埋深約820m，總體地勢為兩端低，中間段高，地形地質構造復雜。地表植被主要為西藏狼牙刺和禾草。區內構造總體屬于雅魯藏布江深大斷裂帶及影響范圍內，受雅魯藏布江深大斷裂控制。實地踏勘，隧道穿越地段地層巖性主要為花崗閃長巖和板巖。工作時在K1+236（TKQ21）和K3+152（TKQ27）兩處鉆孔已接近尾聲。TKQ21孔0m～83m為全風化花崗閃長巖，83m～184m為中風化花崗閃長巖；TKQ27孔0m～118m為全風化板巖，118m～369m為中風化板巖。以鉆孔劃分基巖風化層界面所對應的EH4電磁成像系統測量所得電阻率ρs為參考值，來確定勘測區花崗閃長巖和板巖的各風化層的電阻率ρs的范圍（見表1），因鉆孔深度未達到弱風化層無法參照，弱風化層電阻率ρs的范圍以經驗數據判斷。從而以表1為參照，解釋其他未知復雜地段的基巖風化層界面的劃分。

對照表1分析可得，花崗閃長巖視電阻率大于板巖視電阻率，自左而右，花崗閃長巖和板巖界面明顯，界面為地表K2+690處，傾向小里程方向，近直立，與地質調繪結果基本吻合；自上而下，地電層位明顯，風化層界面清晰，隧道洞身穿越花崗閃長巖地層ρs值基本上在大于1500Ω·m以上的中風化層（隧道入口段）或5 000Ω·m以上的弱風化層（隧道入中段）中。隧道洞身穿越板巖地層ρs值基本上在大于250Ω·m以上的中風化層（隧道出口段）中。在地表K1+660處，有一明顯相對低阻條帶異常，推斷為雅魯藏布江深大斷裂帶的衍生逆斷層F1，傾向小里程方向，傾向較陡，約為70°，后經鉆探驗證確認為寬度約30m的逆斷層。

3 結束語

通過以上兩個隧道的EH4電磁成像系統應用分析，有以下幾點認識：

EH4電磁成像系統在青藏高原地區，結合地質、鉆探等手段對隧道基巖風化強度、斷裂破碎帶的劃分具有較好效果；在查明破碎帶、斷層和巖性界面問題上的準確度較高；在解決基巖風化層劃分上是可行的。

參考文獻：

[1]勞雷公司EH4說明書[S].