天然場大地電磁測深在隧道探測上的應用分析

龐 軍

（中國建筑材料工業地質勘查中心新疆總隊，新疆 烏魯木齊 830000）

天然場大地電磁視電阻率測深是隧道勘察上重要的物探技術的手段。只要選擇合適的天然電磁場頻率區間，大地電磁法就可探測從地表指到地幔數百公里深處的各點電性特征。

1 隧址區地質概況

隧址區在新疆西天山腹地，是擬建的獨庫高速公路。地層主要為第四系（Q4al）沖積：砂、礫石、塊石等。下石炭統巴音溝組（C2bb及C2bc）灰綠色、淺灰色厚層狀、塊狀中性凝灰巖、安山玢巖、拉斑玄武巖及火山角礫巖夾砂巖和深灰色、灰色厚層狀凝灰質含礫砂巖、粗砂巖、礫巖。

擬建隧道進、出口均位于山前斜坡地帶，隧道進口自然坡角約34°～41°，上部主要為第四系碎石砂、礫石、塊石等，下部凝灰巖（D2bb）。；出口自然坡角約為34°～42°，上部主要為第四系碎石砂、礫石、塊石等，下部為凝灰巖（D2bb），自然邊坡處于基本穩定狀態。隧址區進出口第四系碎石砂、礫石、塊石等，有牧道通過，通行條件一般。

2 隧址區巖石電性

該隧道巖長4888.00m，最大埋深673.31m，整體走向約136°，巖性為凝灰巖。由巖石的破碎程度強弱，構造位置，裂隙含水量多少的不同，所決定了隧道縱斷面上各點的電阻率各不相同，滿足有電阻率差異的勘探前提。

3 大地電磁測量（MT）

3.1 技術參數

本次施工所采用的大地電磁儀為美國勞雷公司生產的Geode EM3D（即EH6），是目前大地電磁測深的先進設備，該系統的數據采集方式為時間域采集，然后通過傅氏變換轉換為頻域信號，再進行分析。即通過對時間域采集的兩個電場分量Ex、Ey，兩個磁場分量Hx、Hy進行傅氏變換，轉換為電磁場頻域的實分量、虛分量。然后計算各頻帶的視電阻率，E-H振幅，相位差及全信息相干度等，并實時顯示一維圖像(圖1）。資料處理分為野外實時處理與室內處理，實時處理能顯示單點的電阻率、振幅、相位及相關度曲線，三點及三點以上能做出二維Bostick反演電阻率斷面圖，依據視電阻率斷面圖推測巖石等級。EM3D測線按照設計任務布置測線；測點間距30m，電偶極距30m，采集EMAP的方法進行野外作業，高頻參數為10 kHz-1000 Hz，中頻參數為1000Hz-2Hz。

圖1 大地電磁（MT）測深波形圖

3.2 視電阻率斷面圖解釋推斷

該隧道視電阻率劃分了5個異常區，分別為視電阻率在258Ω·m～383.69Ω·m的DJ-1、DJ-2、DJ-3高阻異常區，視電阻率在70Ω·m～118.63Ω·m的DJ-4、DJ-5低阻異常區（圖2）。由視電阻率值可見，高阻異常區視電阻率是低阻異常區的2倍。由視電阻率值初步把高阻區劃分為Ⅲ級圍巖，低阻區劃分為Ⅴ級，其他區域化分為Ⅳ級圍巖（表1）。下面分別對高阻異常區、低阻異常區進行推斷解釋：

圖2 大地電磁（MT）測深成果圖

表1 視電阻率劃分圍巖等級

（1）高阻異常區DJ-1在隧道里程段K74+160～K74+430處視電阻率為258Ω·m～383.69Ω·m，埋深347m，為似橢圓形。推測該高阻異常是由于埋深大，巖石破碎程度低，完整性好所形成，且有可能含有一定含量的硅質，屬于致密大塊狀巖石地段。DJ-2在山頂，推測該段的高阻區是由于巖石破碎程度低，完整性好。DJ-3在隧道里程段K75+480～K75+780處視電阻率為276Ω·m～374Ω·m，埋深426m，為長軸半橢圓形。推測該高阻異常是由于埋深大，巖石破碎程度低，完整性好所形成，且面積范圍大，屬于致密大塊狀巖石地段。

（2）低阻異常區DJ-4在隧道里程段K72+650～K72+800處視電阻率為70Ω·m～93Ω·m，推測巖石強破碎。結合地質調查資料，該低阻推測由強破碎的凝灰巖裂隙中含有由地表及巖石上部滲水而形成。DJ-5在隧道里程段K76+680～K76+740處視電阻率為107Ω·m～118.63Ω·m。該低阻區為條帶狀，兩邊相對高阻區為橢圓狀且面積較大，推測該段為構造所引起的條帶狀含水破碎帶。結合地質調查資料，驗證了該處為F16斷層的位置。

（3）隧道其他里程段在高阻異常區與低阻異常區之間，視電阻率為118.63Ω·m～258Ω·m，屬于非異常區。推測巖石為破碎，巖石的完整性較好。

4 結論

（1）該隧道通過大地電磁（MT）測深，依據視電阻率值推斷了隧道進口巖石強破碎，圍巖等級為Ⅴ級，隧道經過段2處較破碎，巖石完整性較好地段，圍巖等級為Ⅲ級。

（2）推測的破碎帶位置與地質調查F16斷層位置相符，證明了大地電磁測深（MT）的有效準確性。

（3）大地電磁測深（MT）只有視電阻一個參數，如能結合巖石波速，則能更準確的劃分巖石等級。