EH4大地電磁測深法在長大深隧道勘察中的應用

鄢毛毛

江西省地礦局九0二地質大隊 江西 新余 338000

1 引言

由美國大地電磁儀器商EMI和Geo metrics公司聯合研制生產的EH4是一種全新的物探方法，實現了天然信號源與人工信號源的采集和處理，具有探測深度大、設備輕、速度快、精度較高等特點，非常適合長大深埋隧道的勘探。本文以杭紹臺高速某隧道及梅汕鐵路某隧道為例，探討EH4大地電磁測深法在隧道勘察中的應用。

2 EH4大地電磁法基本原理

EH4勘探方法原理與傳統MT法一樣，都是利用宇宙中的太陽風、雷電等入射到地球上的天然電磁場信號作為激發場源，又稱一次場，垂直入射到大地介質中，由于電磁感應作用，地面電磁場的觀測值將包含有地下介質電阻率分布的信息，根據觀測的電阻率分布特征和當地地質條件，分析判斷底層巖性和斷層破碎帶的分布。

3 EH4大地電磁法野外工作方法

野外工作方法主要由觀測點的位置、平行試驗、電極的布置、磁棒布置、前置放大器布置、主機布置等幾個關鍵環節組成。其中。觀測點的位置是用高精度GPS定位，利用羅盤儀指示布極方向，要求點位差小于0.5 m，方位差小于1°。開展前一天一定要做平行試驗，檢查儀器是否工作正常，要求兩個磁棒相隔2-3 m，平行放在地面。野外工作電極布置是采用四個電極，每兩個電極組成一個電偶極子，為了方便對比監視電場信號，其長度都為25 m(點距25 m)，分別沿平行測線方向和垂直測向方向各布置一對電偶極子。磁棒離前置放大器應大于5 m，為消除人文干擾，兩個磁棒要埋在地下至少5c m，用羅盤定方向使其垂直，所有工作人員要求離開磁棒至少10 m。前置放大器要求布置在測點上，并遠離磁棒至少15 m。主機要放置在遠離前置放大器至少20 m的一個平臺上。

圖1 EH4野外工作布置示意圖

4 工程勘探實例

4.1 隧道一

4.1.1 工區概況 該隧道長約2.5k m，海拔高程在150 m-550 m之間，地形相對高差約450 m，隧道最大埋深約300 m。在區內出露地層從老到新依次為侏羅系上統黃尖組流紋質凝灰巖；白堊系下統館頭組凝灰質砂巖；新第三系上新統嵊縣組玄武巖、河湖相沉積層。

4.1.2 資料成果解釋

圖2為該隧道洞身部分視電阻率剖面圖

里程ZK63+330～ZK63+370段存在一傾向小里程的低阻異常條帶，整體呈漏斗狀，異常從地表穿過隧道洞身，異常中心位置埋深約為150-220 m，推測為斷裂破碎帶F1。物探完成后，在ZK63+250附近布置鉆孔ZK006，經驗證，低阻異常條帶為強風化含角礫凝灰質砂巖，巖石風化強烈，節理裂隙發育，巖芯呈碎塊狀，與推斷結果基本吻合。

里程ZK63+943～ZK63+993段存在一大面積低阻異常區，并向深處延伸，與兩側相對高阻區有較為明顯的線狀界線，推測為含水斷層破碎帶F2。物探完成后，在ZK63+850附近布置鉆孔ZK007，經驗證，大面積低阻異常區為強風化凝灰質砂巖，節理裂隙發育，為一承壓含水體，并見鉆孔漏水現象，與推斷結果基本吻合。

圖2 隧道一EH4電阻率剖面圖

4.2 隧道二

4.2.1 工區概況 該隧道全長約10.5k m，海拔高程在350 m-850 m之間，地形相對高差約500 m，隧道最大埋深約600 m。在區內位于于坪上斷裂與潘田斷裂西南部所夾部位的中間部位，屬粵東沿海大埔-惠來構造巖漿帶，地層出露巖性主要為凝灰巖。

4.2.2 資料成果解釋 圖3為該隧道洞身部分視電阻率剖面圖，根據電阻率等值線的分布特征，在里程DK42+405處附近，視電阻率橫向呈明顯變化，小里程方向視電阻率高，大里程方向視電阻率低，向大里程方向傾斜，推測為巖性接觸帶F1；在里程DK42+445處附近存在一相對低阻條帶，推測為斷裂破碎帶F2，其向大里程方向傾斜，整體視電阻率由低到高平穩分布，但在F1處往大里程方向視電阻率較低，推測由巖性變化所致。

圖3 隧道二EH4電阻率剖面圖

5 結束語

EH4大地電磁測深法在探測巖性分界、斷裂破碎帶、富水構造等方面起到了較好的效果，且受地形的影響較小，野外作業方便。由于EH4對于地表淺部的解釋精度較差，建議結合其他物探手段，并用少量鉆孔驗證。