音頻大地電磁測深法在秦嶺某隧道勘察劃分圍巖等級中的應用

余超 黃雪林 李玉強 周洪祥 顏長寧

（1.四川省冶金地質勘查局六0五大隊，四川眉山 620860；2.成都理工大學工程技術學院，四川樂山 614000）

0.引言

隨著《“十四五”現代綜合交通運輸體系發展規劃》出爐，我國將建設越來越多的公路、鐵路交通網，隧道工程項目也將日益增加，而行業內安全意識逐步增強，這對隧道工程前期勘查的成果提出了更高的要求。在工程施工之前對巖體進行完整性評價，對圍巖進行基本分級非常重要[1]。深長隧道往往位于地表以下幾百米至上千米，隧道深部的地質情況、隱伏構造很難用常規地質手段進行勘查。由于地下不同巖性分布、斷層、構造破碎帶的位置會造成不同的電性差異，因此，利用音頻大地電磁測深研究這些電性差異，并進行一定數據處理和分析，總結地質體的電性特征，提高成果解譯水平，將音頻大地電磁測深法應用于隧道勘察劃分圍巖等級具有非常重要的意義。

1.測區地形地質概況

測段屬構造中低山地貌，地形復雜，地勢陡峻，沖溝發育。隧址區上覆沖洪積層、坡殘積層、滑坡堆積層，沿線路地形上、下起伏，最高點為隧道DK53+520對應的山脊處，高程約1051m，最低點為隧道進口DK53+000處，高程約589m，最大高差約462m。線路附近發育多條沖溝或河流，均垂直或斜交線路分布。

測線大部位于山坡、半山坡及其兩側，由北向南貫穿多個山脊，第四系土層部分覆蓋，山體植被茂密。隧道進口側地形相對平緩，出口側較陡。

（1）地層巖性。隧址區上覆第四系全新統坡洪積層（Q4dl+pl）、坡殘積層（Q4dl+el）、滑坡堆積層（Q4del）、泥石流堆積層（Q4sel）；下伏基巖為奧陶系下統高橋組（O1g）含炭板巖、板巖、鈣質板巖夾灰巖和加里東期侵入巖（βμ33）輝綠巖、輝綠玢巖。

（2）地質構造。隧道穿越一斷裂構造，地層受構造擠壓影響，在斷層附近巖性較破碎。

2.測區地球物理特征

大地電磁測深法，是以視電阻率曲線及分布形態的差異來區分地下巖性及構造的有效手段；依據視電阻率值的大小和反演斷面電性結構差異，是識別地下地質體的空間分布和性質的一種物探方法。在開展資料綜合解釋工作之前，要對影響大地電磁測深視電阻率變化的主要地質體電性參數進行現場測量和分析。

第四系覆蓋層主要分布在隧道進、出口、地表層地勢低緩地帶，結構不均，透水性較好，物探成果資料lgρs一般小于2.5，表現為低阻特征。隧址區內下伏基巖主要為含炭板巖、板巖、鈣質板巖夾灰巖及輝綠巖，巖體較破碎～極破碎。其中，極破碎、極軟弱或富水巖體，lgρs一般小于2.5，表現為極低阻電性特征；破碎、軟弱或含水巖體，lgρs一般為2.5～3.0，表現為中低阻電性特征；較破碎巖體lgρs一般＞3.0，表現為中高阻電性特征；斷層及其附近一般表現為低電性特征，劃分為Ⅴ類異常。

根據經驗和隧道實測斷面反演結果統計分析，得出各地質體的視電阻率值大小范圍和變化特征（見表1），作為斷裂構造及不良地質體的識別和視電阻率異常等級劃分等綜合地質解釋的重要依據。

表1 隧道視電阻率參數表

3.測區視電阻率異常解譯方法及原則

依據地質-地球物理綜合解譯模型，建立資料綜合解釋方法及原則。以物探資料反演結果為前提，以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地球物性依據，以已有鉆孔資料為約束條件，對物探資料進行綜合分析與解釋。

（1）首先在分析物探野外實測曲線類型及變化的基礎上，進一步分析視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。（2）根據現場測試數據反演后的視電阻率ρs值大小結合本區經驗數據，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，按視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）進行劃分，視電阻率參數只作為隧道圍巖等級劃分依據之一。（3）依據ρs斷面圖上視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。對較明顯的視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，可作為判斷構造帶異常類型的重要依據。

4.測區視電阻率異常特征及圍巖分級

據反演電阻率斷面圖（見圖1），總體特征表現為：整條隧道視電阻率呈中低阻，由于隧道較長，隧道進出口側視電阻率相對較低，中間里程段有部分整體中阻及極低阻段，高低電阻在整條隧道均有體現，現根據電阻率斷面圖特征，結合地質資料，將本次測段斷面分為DK53+000～DK53+693和DK53+693～DK54+000兩段，分段解釋如下。

圖1 反演視電阻率斷面等值線圖

（1）DK53+000～DK53+693里程段，本段整體視電阻率呈低阻，基巖主要出露鈣質板巖、砂質灰巖、輝綠巖。視電阻率值淺部較低為20Ω·m～100Ω·m，推測為淺部坡殘積層黏土及中～強風化巖體；中深部到深部視電阻率由中阻逐漸減小到極低阻，由地質資料，隧道洞身范圍DK53+467里程有一北傾50°左右的斷層通過，斷層上側為輝綠巖，下側為含碳板巖、粉砂質板巖、偶夾灰巖，巖性接觸關系為斷層接觸。推測為受斷層影響，斷層附近的輝綠巖較破碎導致電阻率變低，斷層下側極低電阻率可能為含碳板巖、圍巖較破碎或富水綜合影響導致。（2）DK53+693～DK54+000里程段，本段視電阻率中淺部呈中阻，中深部呈低阻。基巖主要出露含碳板巖、粉砂質板巖、偶夾灰巖及輝綠巖。視電阻率深部較低為20Ω·m～100Ω·m，推測為中深部含碳板巖、圍巖較破碎或富水導致；其右側及上部視電阻率呈中高阻，推測為輝綠巖或巖體相對較完整。

通過對反演電阻率斷面圖解譯，結合已有地質資料進行綜合分析，推測出地下地質構造及地質界線（見圖2）；通過視電阻率異常特征研究，結合測區視電阻率參數特征及推測地質界線、地質構造，最終對圍巖等級進行判識（見圖3）。

圖2 推測構造及地質界線斷面圖

圖3 圍巖分級斷面圖

5 結語

通過音頻大地電磁測深，結合已有地質資料，建立視電阻率與不同巖性及其完整性之間的對應關系，推測斷層1條及地下地質界線位置。綜合研究測區視電阻率參數特征、推測的巖性界線及構造，最終對圍巖等級進行劃分。后期對此位置進行鉆探驗證，其與物探解譯結果基本吻合，說明將音頻大地電磁測深法應用于深大隧道勘察劃分圍巖等級是一種行之有效的地球物理探勘探方法。