ADU- 07e 電磁測深系統在鐵路勘察中的應用

魏士俊

（中國建筑材料工業地質勘查中心四川總隊物探隊，四川 成都610051）

1 概述

隨著我國鐵路修建發展迅速，特別是西部地區戰略性發展，鐵路網的建設如火如荼，在西部高山峽谷，高海拔地區隧道修建便是常遇到的工程問題。對于世紀工程藏區鐵路修建隧道工程愈加重要。從選線到初設和施設階段勘察工作尤為重要，在西部高海拔地形條件復雜的山區大地電磁測深法展示出其獨特的優勢。通過研究大地對天然電磁場的頻率響應，可獲得地下不同深度介質電阻率分布的信息。從而推斷地質構造、劃分地層巖性界限等，并根據巖石電阻率差異進行隧道圍巖分級，為隧道設計提出建設性意見。

2 大地電磁測深基本理論與ADU-07e 系統

2.1 基本理論

大地電磁測深以天然交變電磁場為場源，當交變電磁場在地下介質中傳播時，由于電磁感應作用，地面電磁場的觀測值將包含地下介質電阻的分布信息。伴隨著電磁場的趨膚效應，不同頻率的電磁場信號又有不同的穿透深度，因此通過研究大地對天然電磁場的頻率響應，可獲得地下同深度介質電阻率分布的信息。

資料采集時，觀測資料必須包含有足夠的頻率成分和滿足質量指標的記錄長度，從而達到勘探要求。

2.2 ADU-07e 電磁測深系統工作介紹

ADU-07e 大地電磁測深系統是德國Metronix 公司研發，由主機ADU-07e、磁場傳感器、電極和軟件系統組成。ADU-07e 是全頻段電磁觀測系統：10Hz-50kHz 稱為聲頻AMT，主要接收大氣層雷電活動產生的電磁波；10,000s-10kHz 為MT+AMT，主要接收太陽活動和大氣層雷電活動產生的電磁波，它是大地電磁法的主要頻帶；1kHz-100,000s 稱其為超低頻MT。其中AMT 頻段是本文論述的主要內容。現將該ADU-07e 電磁測深系統野外施測、儀器一致性校驗介紹如圖1、2。

圖1 資料采集布置示意圖

圖2 時域曲線（上）、頻率電阻率曲線（下）一致性校驗

2.3 數據處理與反演

采用Mapros 軟件對資料進行預處理，成果示意如圖3。

圖3 預處理頻率電阻率曲線

預處理后，采用相關反演軟件對資料進行處理，首先對野外數據進行剔非值、去噪等處理，然后進行一維及二維反演成像（反演電阻率斷面圖）及解釋。

3 應用實例

3.1 工區地質概況和地球物理特征

工區位于甘孜州境內，橫洞主要巖性為新近系二長花崗巖、糜棱巖化花崗巖、三疊系上統雜谷腦組變質石英砂巖夾板巖以及少部分斷層角礫。工區屬于中- 高山地貌，發育有色拉哈-康定斷裂、雅拉溝分支斷裂以及雅拉河分支斷裂。

據經驗統計和工區地球物理反演結果分析，得出各類巖體的電阻率值：極破碎、極軟弱富水巖體電阻率值小于350Ω·m；破碎、軟弱或含水巖體350～1200Ω·m ；較破碎、軟弱巖體大于1200Ω·m。各類巖體存在明顯電阻率差異提供了良好物探前提。

3.2 測線布置

本次物探目的是探測穿越橫洞洞身斷層產狀及破碎帶寬度、埋深和規模等；查明橫洞的工程地質條件，為橫洞設計提供基礎資料。綜合相關要求，在橫洞中線位置布置一條測線，測點距為30m，電極距為20m。

3.3 成果分析與解釋

圖4 DK0+000～DK3+500 段大地電磁測深電阻率斷面圖

3.3.1 成果分析

以物探資料分辨能力為前提及勘探區地質資料反映的主要地層巖性、構造為基礎，以不同巖性電性特征為物性依據對物探資料進行綜合分析與解釋。

a.在分析物探野外實測曲線類型及變化的基礎上，進一步分析電阻率斷面圖橫向及縱向電性結構變化規律，以及局部高、低阻異常的范圍和形態，從整體上把握隧道橫洞在大地電磁測深資料上的反映特征，初步對巖性界線、斷裂破碎帶、軟弱帶及含水情況進行判釋，為后續進一步的綜合地質解釋工作提供基礎。

b.根據現場測試數據反演后的視電阻率ρs 值大小結合經驗數據，并針對不同的巖性、巖體完整性及各種不良地質構造的電性特征進行綜合分析，按反演電阻率大小及等值線變化的形態，采用（Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ）等標識符號對應為（較破碎巖體，破碎巖體，極破碎巖體）的3 類巖體進行劃分，電阻率參數只作為隧道圍巖等級劃分依據之一，但有別于隧道最終地質成果的圍巖等級劃分。

c. 依據ρs 斷面圖上電阻率異常的等值線形態及梯度變化趨勢，確定異常帶的范圍邊界。對于較明顯的反演電阻率曲線錯斷及梯度較陡的等值線所反映出的高、低阻異常帶，在排除明顯巖性分界帶的情況下，可以作為判斷構造帶異常類型的重要依據，斷層歸為Ⅴ類異常區。

3.3.2 成果解釋

a.DK0+000～DK1+200 段

電阻率斷面圖顯示以中高阻為背景、淺部分布有條帶狀低阻異常的電性特征；在橫向上，電性有間斷；豎向電阻率總體向下遞增，在洞身里程為DK0+720～DK0+800 地段，存在上下基本貫通的條帶狀低阻異常，等值線有明顯錯斷，梯度較陡，判釋為斷層破碎帶（Ⅴ類異常）；余下洞身段落未見明顯低阻異常，判釋為Ⅳ及Ⅲ類異常，分別對應破碎、軟弱巖體和較破碎、軟弱巖體。

b.DK1+200～DK3+500 段

電阻率斷面圖顯示洞身以上淺部區域以中高阻為背景、分布有規模較大的條帶狀低阻異常。橫向等值線分布不連貫，在洞身里程為DK1+665～DK1+710、DK2+895～DK2+960 兩處等值線顯示明顯錯斷且梯度較大，判釋為斷層破碎帶（Ⅴ類異常）；橫洞出口有電阻率低阻異常，據地質資料判釋出口有斷裂存在；洞身附近其他段落未見明顯低阻異常，判釋為Ⅳ及Ⅲ類異常，分別對應破碎、軟弱巖體和較破碎、軟弱巖體。

綜上：在物探Ⅴ類異常地段，特別是幾處斷層破碎段落建議線路方案比選，在施工過程中應加強落實支護方案，有效預防塌方及涌水等。

4 結論

通過ADU-07e 電磁測深系統在橫洞勘察中的應用，說明在復雜地形地質條件下該方法能夠取得較好的勘探效果，論證了該儀器的有效性、以及音頻大地電磁法的可靠性。音頻大地電磁法在發現電阻率物性差異較大的不均勻體方面是可靠有效的。因該方法地表淺層解釋精度有限且局部存在多解性以及地形因素、干擾電磁場的存在要求實際工作中應盡量采用多種勘探方法加以驗證，使物探成果與實際符合。