音頻大地電磁測深在秦嶺山脈某隧道工程地質(zhì)勘察中的應用

梁峰銘 冉紅

摘要：簡要闡明音頻大地電磁基本原理，結合秦嶺山脈某隧道工程勘察實例，結合地質(zhì)等手段，劃分隧道的圍巖基本和完整性。為隧道施工提供依據(jù)。

關鍵詞：大地電磁;圍巖級別;隧道;EM3d

1、工程概況

工區(qū)工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件復雜，據(jù)據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料結合初勘鉆探揭露及地表工程地質(zhì)測繪，工區(qū)隧道所穿地層主要元古界（Pt），白堊紀（K），古近紀（E），奧陶紀（O），寒武紀（∈）等地層，巖性主要有灰?guī)r、花崗巖、片巖、白云巖等。

2、大地電磁法基本工作原理

大地電磁測深（MT）是探測巖石層電性結構的主要方法。音頻大地電磁測深（AMT）8192Hz～1Hz;而高頻大地電磁測深（HMT）工作頻率范圍100KHz～10Hz。大地電磁測深法是利用宇宙中的太陽風、雷電、無線電波等入射到地面上的天然電磁場信號作為激發(fā)場源，又稱一次場，該一次場是平面電磁波，垂直入射到大地介質(zhì)中，由電磁場理論可知，大地介質(zhì)中將會產(chǎn)生感應電磁場，此感應電磁場與一次場是同頻率的，引入波阻抗Z。在均勻大地和水平層狀大地情況下，波阻抗是電場E和磁場H的水平分量的比值。

3、野外數(shù)據(jù)采集

3.1觀測點的布置

根據(jù)設計測網(wǎng)要求和基點坐標，依據(jù)工程測量技術規(guī)范（GB50026-93），采用實時動態(tài)差分法（RTK）對測線進行定位，實際工作時詳細記錄每個電極、檢波器的實際位置，以校正因地形原因，實際鋪設測線比設計測線長的問題。

3.2音頻大地電磁測深法野外觀測方法

為完成生產(chǎn)任務，本次勘探使用勞累物理探測儀器有限公司制造的Goode EM3D型三維電磁采集系統(tǒng)，觀測頻率為0.1～10000Hz。六個電極測量，兩個電極組成一對電偶極子MN（長度20m），其中，與測線同向的MN（X-Dipole電偶極子）測量電位差并計算得到電場水平分量Ex;垂直測線的MN（Y-Dipole電偶極子）測量電位差并計算得到Ey。Hx磁探頭和Hy磁探頭相互垂直。電極布極方式主要為“+”字形。

3.3 音頻大地電磁測深法數(shù)據(jù)處理

野外原始數(shù)據(jù)采集回來后，需要進行數(shù)據(jù)解編轉(zhuǎn)換、編輯平滑、極化模式識別、靜位移校正、橫向濾波、反演計算、編輯成圖等一系列的資料處理才能得出我們所需要的處理成果。野外原始資料預處理是將原始數(shù)據(jù)（各場量的時間序列）計算或轉(zhuǎn)換為頻率域測深曲線（即各個頻率上的視電阻率和阻抗相位）。

本次資料處理與解釋的主體軟件為“winglink大地電磁二維處理和解釋軟件”。本次資料的實時處理與解釋的流程可以將其分成三部分，即：

（1）資料預處理：主要包括AMT曲線的平滑、去飛點、極化模式判別與轉(zhuǎn)換等;

（2）AMT資料的靜位移校正與空間濾波;

（3）二維反演、成圖與解釋。

4 ?地球物理特征

AMT法是以電阻率的差異來劃分地層巖性及地質(zhì)構造、并根據(jù)電阻率值的大小以及展布形態(tài)來判釋地下地質(zhì)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(jù)經(jīng)驗統(tǒng)計和工區(qū)地球物理反演結果分析，得出各類巖體的反演電阻率值（見表-1）。

由表-1可知風化層和灰?guī)r之間存在一定的電性差異;較完整巖體與較破碎巖體之間在電阻率值和等值線形態(tài)有明顯的區(qū)別。因此工區(qū)具備開展AMT法的地球物理勘探前提條件。

5 ?資料解釋

在資料解釋中，把大地電磁電法獲得成果與實際地質(zhì)情況進行結合分析、解釋。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(jù)。根據(jù)反演電阻率斷面圖中電阻率和大小，并結合地質(zhì)資料，分析隧道縱斷面物性與地質(zhì)體的對應關系。根據(jù)地質(zhì)調(diào)查成果，隧道通過地層為白云巖夾灰?guī)r，結合地質(zhì)資料，根據(jù)物性差異對隧道縱斷面地層劃分如下：

1、洞身里程X0+000～X0+058段，電阻率值整體相對周圍較低，電阻率等值線呈現(xiàn)一自地表向下延伸的條帶狀低阻異常，ρ=50～300Ω·m，結合地質(zhì)資料推斷該部分為斷層破碎帶，巖體破碎，富水。

2、洞身里程X0+058～X0+420段：根據(jù)反演電阻斷面圖中電阻率等值線分布情況，可以將此段落分為兩個部分。其中：①上部電阻率值相對較低，電阻率等值線呈層狀分布，ρ=50～500Ω·m，結合現(xiàn)場調(diào)查及地質(zhì)資料推斷該部分為風化層。②中部電阻率值相對上部較高，電阻率等值線呈層狀分布，ρ=500～2000Ω·m，結合地質(zhì)資料推斷該部分為白云巖夾灰?guī)r，巖體較破碎，中等富水，巖溶中等發(fā)育。

3、洞身里程X0+420～X0+532段：根據(jù)反演電阻斷面圖中電阻率等值線分布情況，可以將此段落分為三個部分。其中：①上部電阻率值相對較低，電阻率等值線呈層狀分布，ρ=50～500Ω·m，結合現(xiàn)場調(diào)查及地質(zhì)資料推斷該部分為風化層。②中部電阻率值相對上部較高，電阻率等值線呈層狀分布，ρ=2000～6000Ω·m，結合地質(zhì)資料推斷該部分為白云巖夾灰?guī)r，巖體較完整，弱富水。③下部電阻率值較中部偏低，電阻率500～2000Ω·m，結合地質(zhì)資料推斷該部分為白云巖夾灰?guī)r，巖體較破碎，中等富水，巖溶中等發(fā)育。

4、洞身里程X0+532～X0+595段，電阻率值整體相對周圍較低，電阻率等值線呈現(xiàn)一自地表向下延伸的條帶狀低阻異常，ρ=50～300Ω·m，結合地質(zhì)資料推斷該部分為節(jié)理裂隙發(fā)育帶，巖體破碎，富水。

5、洞身里程X0+595～X0+900段：根據(jù)反演電阻斷面圖中電阻率等值線分布情況，可以將此段落分為三個部分。其中：①上部電阻率值相對較低，電阻率等值線呈層狀分布，ρ=50～500Ω·m，結合現(xiàn)場調(diào)查及地質(zhì)資料推斷該部分為風化層。②中部電阻率值相對上部較高，電阻率等值線呈層狀分布，ρ=500～2000Ω·m，結合地質(zhì)資料推斷該部分為白云巖夾灰?guī)r，巖體較破碎，中等富水，巖溶中等發(fā)育。③下部電阻率值相對中部較低，電阻率100～500Ω·m，結合地質(zhì)資料推斷該部分為白云巖夾灰?guī)r，巖體破碎，富水，巖溶中等發(fā)育。

6、洞身里程X0+900～X1+465段：根據(jù)反演電阻斷面圖中電阻率等值線分布情況，可以將此段落分為四個部分。其中：①上部電阻率值相對較低，電阻率等值線呈層狀分布，ρ=50～500Ω·m，結合現(xiàn)場調(diào)查及地質(zhì)資料推斷該部分為風化層。②第二層電阻率值相對上部較高，電阻率等值線呈層狀分布，ρ=2000～6000Ω·m，結合地質(zhì)資料推斷該部分為白云巖夾灰?guī)r，巖體較完整，弱富水。③第三層電阻率值相對上一層較低，電阻率500～2000Ω·m，結合地質(zhì)資料推斷該部分為白云巖夾灰?guī)r，巖體較破碎，中等富水，巖溶中等發(fā)育。④底部電阻率值相對上一層較低，電阻率100～500Ω·m，結合地質(zhì)資料推斷該部分為白云巖夾灰?guī)r，巖體破碎，富水，巖溶中等發(fā)育。

參考文獻

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