瞬變電磁法在巖堆勘察中的應用

摘要：文章以田師府至桓仁鐵路大前石嶺隧道巖堆的瞬變電磁探測為例，討論物探技術在巖堆探測方面的應用與可行性，基本上查明了巖堆的范圍及厚度，有利地指導了鉆探及挖探工作的布置。

關鍵詞：瞬變電磁法；巖堆；勘察；物探技術；視電阻率

中圖分類號：P631 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2012）28-0049-03

東北部、西南部山區鐵路建設中經常會遇到巖堆，在過去的實踐中，人們往往采取避繞的措施，然而隨著高速鐵路建設步伐的加快，受鐵路線型要求及其他因素的影響不能任意修改線路，因此在巖堆地區開展鐵路勘察設計不可避免。本文以田師府至桓仁鐵路大前石嶺隧道巖堆的瞬變電磁探測為例，討論物探技術在巖堆探測方面的應用與可

行性。

1 地形地貌

田師府至桓仁鐵路大前石嶺隧道位于本溪市桓仁縣境內，線路以隧道形式穿越大前石嶺，全長2500m。大前石嶺隧道進口位于遼寧省桓仁縣大雅河流域大前石嶺的半山坡上，地貌為中低山區。大雅河在群山之間蜿蜒流過，河寬30～50m，水流較急，河中布滿漂石、巨塊石。大雅河兩側山體海拔高度370～1340m，最大高差970m，山坡自然坡度13°～35°。在山坡坡面上，2/3面積長滿低矮灌木及喬木；1/3面積無土壤和植被，為裸露的塊石、碎石堆，形成石海、石流坡地貌，統稱巖堆。

2 巖堆的工程地質特征

巖堆體一般呈碎裂、松散狀，節理、裂隙極其發育，自穩能力差。作為一種不良地質，在鐵路勘察設計中經常遇到。巖堆的主要特征即不均一性。表現在組成物質的塊徑大小的不均一，一般巖堆的塊石含量在70%或以上，塊石直徑一般在0.5～3.0m，最大者達10余m，小者為角礫和粘土顆粒，由此說明巖堆組成物粒徑懸殊大；孔隙大小的不均一，一般巖堆的中下部孔隙小，較密實，上部尤其是巖堆的后緣孔隙大，十分松散；由于巖堆組成物質的不均一和孔隙大小的不均一，致使地表水下滲和地下水滲流的不均一。

3 地球物理特征

不同的巖層具有不同的電阻率，瞬變電磁法勘探就是通過測定地下不同地點不同深度的電阻率的差異來達到尋找目標地質體的目的。利用瞬變電磁法勘探解決地質問題的前提條件是目標地質體和圍巖存在電性差異。巖堆的主要特征即不均一性，表現在組成物質的塊徑大小的不均一，塊石直徑一般在0.5～3.0m，最大者達10余m，小者為角礫和粘土顆粒，由此說明巖堆組成物粒徑懸殊大；孔隙大小的不均一，一般巖堆的中下部孔隙小，較密實，上部尤其是巖堆的后緣孔隙大，十分松散。地下一定范圍內，孔隙的填充物不同，直接影響其電性分布狀況。如果無地下水的情況，孔隙被空氣充填，表現為較高的電阻率；由于地下水的充填及地表水沿孔隙向巖堆內部滲漏，其電阻率將明顯發生變化，表現為較低的電阻率與圍巖電性形成明顯差異，為瞬變電磁法勘查提供了前提條件。

本區勘探任務是探測巖堆的范圍及深度，正常的無巖堆存在的地層的瞬變電磁電阻率斷面圖上視電阻率等值線較連續，但當有巖堆存在時，就會破壞這種連續性，使等值線出現扭曲、凹陷或臺階狀異常。在巖堆形成一定空隙，該處視電阻率會明顯比同一深度兩側的視電阻率高，表現出明顯的高阻特性，當巖堆的空隙被水或泥質充填，其視電阻率呈低阻反應。

根據地質調繪，該勘探區為山前陡坡地形，地下水不發育，巖堆孔隙基本無地下水，孔隙被空氣填充，巖堆視電阻率在1000Ω·m以上。故解釋瞬變電磁視電阻率等值線剖面時，應堅持以視電阻率等值線出現扭曲、凹陷或臺階狀異常的形態特征為主，兼顧相應深度視電阻率大小的原則。

4 原始數據采集

瞬變電磁法屬時間域電磁感應方法，其探測原理是：在地面布一回線，并給發送回線上供一個電流脈沖方波，在方波后沿下降的瞬間，產生一個向地下傳播的一次磁場，在一次磁場的激勵下，地質體將產生渦流，其大小取決于地質體的導電程度，在一次場消失后，該渦流不會立即消失，它將有一個過渡（衰減）過程。該過渡過程又產生一個衰減的二次磁場向地表傳播，由地面的接收回線接收二次磁場，該二次磁場的變化將反映地下地質體的電性分布情況。如按不同的延遲時間測量二次感生電動勢V（t），就得到了二次磁場隨時間衰減的特性曲線。如果地下沒有良導體存在時，將觀測到快速衰減的過渡過程；當存在良導體時，由于電源切斷的一瞬間，在導體內部將產生渦流以維持一次場的切斷，所觀測到的過渡過程衰變速度將變慢，從而發現地下導體的存在。

5 物探異常解釋推斷

大前石嶺隧道全長2500m，山高路陡，山勢十分險峻，而且沒有車道，只能依靠人力背卸設備；山體大部分是裸露的巖石、基巖，電極根本無法插入。在施工過程中，曾在進口段布設了240m長的可控源音頻大地電磁法，但接地效果十分差，測試的結果也十分不理想。經過集體研討，認為：在接地十分差的情況下，選擇電極直接接地的物探方法行不通，故選擇無需電極接地的瞬變電磁法。在隧道的進口巖堆發育的地段，沿隧道進口里程方向布設1條瞬變電磁測線；進口段垂直于隧道布設2條等距平行瞬變電磁測線。

大前石嶺隧道進口DK69+180～DK69+360段，測線長度為180m，瞬變電磁測點數為10個；瞬變電磁裝置為重疊回線；發射線圈邊長20m，接收線圈邊長20m；根據地質條件、現場實際以及擬斷面圖上的視電阻率異常顯示，認為：粉紅色高阻部分（視電阻率大于1000Ω·m）是由松散的巖堆引起的，具體界限見圖1虛線部分，虛線以上部分推斷為巖堆發育；隧道DK69+180～DK69+360經過巖堆發育區，應引起特別注意。我們又在進口段垂直于隧道布設2條等距平行瞬變電磁測線，瞬變電磁法裝置同上，測點長度為240m，瞬變電磁測點數為15個；每條測線的中點位置，即第三個測點分別位于里程DK69+180、DK69+360，測線方向為自南向北；由圖2、圖3推斷，紅色高阻是由松散的巖堆引起的，由此推斷，虛線以上部分推斷為巖堆發育，厚度在16～20m范圍內，巖堆分布厚度比較均勻。綜上所述，認為：大前石嶺隧道進口DK69+180～DK69+360段處于巖堆發育區域，巖堆的厚度在16～20m范圍內，地表僅有幾米厚的碎石土，大部分地表是可見的巖堆。隧道經過此段時應特別引起注意，防止隧道施工時出現巖石

塌落。

6 鉆探驗證

經過50型鉆機現場勘探，DK69+200處鉆孔，地層情況與物探解譯基本一致。

7 結語

（1）瞬變電磁法探測巖堆的方法是可行的，它基本上查明了巖堆的范圍及厚度，有利地指導了鉆探及挖探工作的布置。

（2）經鉆探驗證，瞬變電磁法探測巖堆結果與實際情況基本吻合。

（3）瞬變電磁法無需電極接地，特別適合接地效果不良的場地；解決了鉆探、挖探受地形限制無法進場的難題，給鐵路設計提供了可靠的地質資料。

參考文獻

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作者簡介：王文喜（1981-），男，遼寧撫順人，沈陽鐵道勘察設計院有限公司工程師，碩士；姚文清（1981-），女，山西太谷人，遼寧省物測勘查院工程師，碩士。

（責任編輯：周加轉）