音頻大地電磁法在秦嶺某遂道勘察中的應用

李延科，夏延超

（河北省地礦局第九地質大隊，河北 邢臺 054000）

1 概況

1.1 工程概況

本次所勘察的隧道線路地處秦嶺南麓，營盤鎮東南約6公里，隧道總長4.14公里，最大埋深550m，勘查區內最高海拔1700m，最低海拔1100m，山嶺起伏，溝壑縱橫，山高坡陡，地形險惡，植被極為茂盛，施工難度極大[1]。

1.2 地質概況

主體山脈多呈南北走向，區內地形切割較大，相對高差在600m以內，測線范圍內地面高程在1100m～1700m之間，交通極為不便。

隧道所經區域主要分布有砂巖、閃長巖、花崗巖、變粒巖、角閃巖等。

1.3 地球物理概況

AMT法是以電阻率的差異來劃分地層巖性及地質構造、并根據電阻率值的大小以及形態來判釋地下地質體空間分布的一種物探方法。影響電阻率的主要因素有礦物成分、巖石的結構、構造及含水情況等。根據采集物性樣本及露頭法所測得物性參數，得出各類巖體的電阻率值（見表1）[2]。

由于本次工作目的是查明隧道洞身范圍內各地層及基巖風化層厚度、基巖起伏情況、不同巖性接觸關系、構造；判明基巖裂隙水的位置及賦水情況。依據地質資料斷層位于兩種巖性分界面處；由表1可知，不同巖性之間，較完整巖體與斷層破碎帶以及破碎、軟弱或含水巖體之間存在一定的電性差異，因此工作區具備開展AMT法的地球物理勘探前提條件。

表1 物性參數統計表

2 技術方法

2.1 方法原理

音頻大地電磁測深法基本原理通常所指的“電磁測深”，即是指電磁感應類的電阻率測深，是建立在法拉第電磁感應定律基礎上的一類電法勘探方法。AMT 以天然的交變電磁場為場源，當交變電磁場以波的形式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有地下介質電阻率分布信息。并且，由于電磁場的集膚效應，不同周期的電磁場具有不同的穿透深度。音頻大地電磁法有效勘探深度為：

其中，H為深度，ρ為背景電阻率，f為頻率。

2.2 工作參數

在秦豐隧道里程2450～6590段中線位置布置一條AMT測線，測點點距30米，測點具體點位由手持GPS定點。

頻率范圍根據勘探深度選擇。一般最高頻率取儀器響應的最高頻率，本次儀器選用加拿大鳳凰公司的V8多功能電法儀，配備MTC-30磁傳感器，最高頻率可達到10000Hz。

根據前期AMT探測視電阻率測深曲線為基礎，統計高頻段（近地表）電阻率。結果表明，工作區近地表電阻率一般在100歐姆米左右，按隧道洞深以下50m探測深度的要求，最大探測深度要求達到600m，根據上述公式1，故本次工作最低頻率選擇為10Hz。最高頻率取MTC-30磁棒的最高頻率即10000Hz。

2.3 野外數據采集

圖1 AMT法野外工作布置示意圖

3 資料處理

AMT法的資料處理分為兩部分，即野外資料預處理部分和資料后續處理部分。

3.1 預處理

預處理的主要目的是將原始數據（各場量的時間序列數據）轉換為頻率域測深曲線（各個頻率上的視電阻率和阻抗相位）數據。V8采集的時間序列數據經SSMT2000軟件從時間序列變換到頻率域并計算出視電阻率和阻抗相位。資料預處理流程如圖2所示。

圖2 AMT資料預處理流程框圖

3.2 后續處理

對由SSMT2000軟件計算得的阻抗文件進行格式轉換之后，采用MTEDITOR軟件進行資料后續處理，在處理過程中，首先對數據進行飛點剔除等處理，然后輸出EDI格式文件，使用WINGLINK軟件進行二維反演，處理流程如圖 3所示。

圖3 AMT資料后續處理流程框圖

4 資料解釋

在資料解釋中，把反演電阻率斷面圖作為資料解釋的基本圖件和主要依據（見圖5）。

根據反演電阻率斷面圖中電阻率背景值的大小以及梯度值，并結合地質資料，分析隧道縱斷面電性與地質體的對應關系。

（1）洞身里程2450～2600段，整個斷面圖上電阻率值較低，結合地質資料，推測該段為斷層破碎帶，巖體破碎，弱富水，電阻率小于6000Ω·m。

（2）洞身里程2600～3485段整個斷面圖上電阻率值較高，結合地質資料，巖體主要為混合花崗巖，表層為風化混合花崗巖。推測隧道洞身范圍內，巖體較完整，弱富水，電阻率約6000～20000Ω·m。

圖5 電阻率反演斷面圖

（3）洞身里程3485～3665段整個斷面圖上電阻率值較低，結合地質資料，該段地層巖性主要為破碎混合花崗巖，表層為風化混合花崗巖。推測隧道洞身范圍內，巖體較破碎，弱富水，電阻率約1000～6000Ω·m。

（4）洞身里程3665～5560段整個斷面圖上電阻率值較高，結合地質資料，巖體主要為混合花崗巖，推測隧道洞身范圍內，巖體較完整，弱富水，電阻率約6000～20000Ω·m。

（5）洞身里程5560～6260段整個斷面圖上電阻率值較低，結合地質資料，該段地層巖性主要為破碎混合花崗巖，表層為風化變粒巖，隧道洞身范圍內，巖體較破碎，弱富水，電阻率小于6000Ω·m。

（6）洞身里程6260～6500段整個斷面圖上電阻率值較高，結合地質資料，該段地層巖性主要為混合花崗巖，表層為風化混合花崗巖，隧道洞身范圍內，巖體較完整，弱富水，電阻率約6000～8000Ω·m。

（7）洞身里程6500～6590段整個斷面圖上電阻率值較低，結合地質資料，巖體主要為破碎混合花崗巖，推測隧道洞身范圍內，巖體較破碎，弱富水，電阻率約1000～6000Ω·m。

5 結論

（1）根據物探資料，本次物探劃分了地層巖性，判釋了隧道洞身范圍內的巖體完整性，富水性及斷層破碎帶。基本查明了斷層破碎帶1處，具體位于隧道洞身里程2450～2600段。建議隧道設計和施工中應特別加強支護，預防塌方和涌水等地質災害的發生。隧道整體巖性較差，工程地質條件較差。運用音頻大地電磁法對隧道圍巖的完整性進行評估，獲得了良好的效果。本次勘探的結果為線路的比選提供了有效的數據支撐。

（2）由于秦嶺地區自然環境較為封閉，且山高坡陡，交通極其不方便，在此進行物探工作不但需要儀器盡可能的輕便更需要施工時將環境的破壞程度降到最低；加拿大鳳凰公司的V8多功能電法儀由于自身儀器體積小，重量輕特別適合在山區施工；并且測量不極化電極選用固體不極化電極罐，更是避免了傳統硫酸銅溶液極罐緩慢滲透對土壤的污染，最大程度的保護了當地的自然生態，真正做到了環保勘探。