AMT在貴陽軌道交通二號線某隧道勘探中的應用

徐鴻

摘要：AMT是一種天然源頻率域測深方法，勘探深度適中、分辨率高、工效高成本低廉，在工程物探中是一種行之有效的方法。通過對AMT法的原理、資料處理、二維反演解釋的介紹，結合在貴陽軌道交通二號線某隧道的勘查效果，預測隧道斷裂構造和巖溶的發育情況，為后續的施工提供了可靠的技術支持和工程保障。

關鍵詞：AMT；隧道勘探；二維反演

1.引言

“貴陽市軌道交通2號線二期工程富源北站—森林公園站區間”場地存在斷裂、巖溶等不良地質現象。因不良地質體的規模尺度，空間位置尚不明晰，存在安全隱患，為了避免施工風險和預防施工過程中可能出現的地質災害，采用AMT（音頻大地電磁法）對該段斷裂構造和巖溶的發育情況進行勘測，為后續的施工提供了可靠的技術支持和工程保障。

2.地質及地球物理特征

2.1地質特征

勘查區位于揚子準地臺黔中腹地貴陽復雜構造變形區，具體位置為貴陽向斜軸部北端東側，地質構造較復雜。

工作區巖性特征由第四系覆蓋層和基巖組成。基巖由老到新為石炭系下統黃龍擺佐（C₁h+b）、二疊系下統梁山組（P₁l）、二疊系下統棲霞組（P₁q）、二疊系下統茅口組（P₁m）、二疊系中統龍潭組第一段（P₂lt1）、二疊系中統龍潭組第二段（P₂dt2）、二疊系中統龍潭組第三段（P₂lt3）、三疊系下統大冶組（T₁d）、三疊系下統安順組（T₁a），共計9個地質單元。現按由老至新分述如下：

（1）石炭系下統黃龍擺佐組（C₁h+b）：為深灰、灰色中厚一厚層塊狀粉晶白云巖、白云質灰巖。

（2）二疊系下統梁山組（P₁1）：為褐黃、灰黃色薄到中厚層粉砂質粘土巖、粘土巖、局部夾灰黃色中厚層細砂巖。

（3）二疊系下統棲霞組（P₁q）：為灰色、深灰色中厚—厚層塊狀細一中晶灰巖、白云質灰巖，常發育泥質條帶和白云質斑塊。

（4）二疊系下統茅口組（P₁m）：為灰白色、白色中厚—厚層塊狀細一中晶白云巖、白云質灰巖、底部為深灰色中厚—厚層塊狀粉晶灰巖。

（5）二疊系中統龍潭組第一段（P₂lt1）：為褐黃、灰黃色薄到中厚層粉砂質粘土巖、頁巖、細砂巖。

（6）二疊系中統龍潭組第二段（P₂lt2）：為深灰、灰色中厚—厚層塊狀含燧石團塊泥—粉晶灰巖、泥質灰巖。

（7）二疊系中統龍潭組第三段（P₂lt3）：為褐黃、灰黃色薄到中厚層粉砂質粘土巖、頁巖、細砂巖。上部巖質粘土巖或劣質煤。

（8）三疊系下統大冶組（T₁d）：為淺灰、灰、深灰色薄至中厚層粉晶灰巖、白云質灰巖。

（9）三疊系下統安順組（T₁a）：為淺灰、灰色中厚-厚層塊狀細-中晶白云巖。頂部間夾褐黃色、黃色薄至中厚層粉砂巖、粉砂質粘土巖、細砂巖。

2.2地球物理特征

工作區的介質的電性情況：工作區內覆蓋層，斷層，灰巖，白云巖，頁巖，煤層存在一定的電性（如電阻率或電導率等）差異，表現為電阻率大小不同。表層覆蓋層表現為低阻異常；較完整的灰巖和白云巖表現為高阻異常；斷裂破碎帶因巖石破碎，充泥、充水等，電阻率相對圍巖降低，表現為低阻異常；頁巖、煤層表現為低阻異常；巖溶和采空區充水、充泥表現為低阻異常，沒充填表現為高阻異常。這為該區開展大地電磁法工作提供了良好的地球物理前提。但由于各.種介質的電阻率除本身的電性特征外，還受多種外界因素的影響，如濕度，溫度，孔隙度等，所以通過其他資料的協助對該地區的地質情況進行針對性的分析，并完成最終解釋報告。

3.AMT的原理、資料處理及應用

3.1原理

AMT是一種頻域電磁測深法。它根據電磁波不同頻率的趨膚深度達到測深目的，用測量相互正交的電場和磁場分量計算卡尼亞視電阻率。

式中：f—頻率；Ex—電場分量振幅；Hy—水平磁場分量振幅；AMT采用的天然場源，沿測線逐點觀測電場分量EX和與之正交的水平磁場分量HY振幅和相位，進而計算卡尼亞視電阻率和阻抗相位。在音頻范圍內接收不同頻率信號，完成頻率測深觀測。

3.2資料處理與反演

（1）資料預處理

AMT的資料預處理包括曲線的圓滑編輯，靜態校正以及為突出某些有用信息而作的特殊處理等。視電阻率與相位資料的編輯是由人機聯做來完成的。編輯時以排列為單位，根據同一排列中視電阻率曲線形態變化不大且具有相似性的特點進行曲線對比編輯，保證了資料的編輯質量，盡可能地減少人為因素對原始資料的影響。

在電磁法勘探中，只要測量時有電場分量，則靜態效應總是存在。其基本原理是：感應電流垂直穿過電性異常體時，在流入端和流出端會有電荷積累，兩端電荷量大小相等，符號相反，從而在周圍空間建立了一個靜電場，并疊加在觀測的電場分量中，使電場數據向上或向下移動一個常數，因而視電阻率曲線也沿縱軸在雙對數坐標中發生上下平移，這種現象稱為靜態位移（如圖1所示）。

靜態效應會使測深曲線定量解釋結果，無論電阻率或層厚度都產生誤差；而在對視電阻率擬斷面圖作定性解釋時，會誤將靜態效應推斷為陡立的深大斷裂或垂向大延深的異常體，因此，對靜態效應作校正，消除或減小其影響，是AMT資料處理一項不可缺少的重要任務。靜態校正處理主要經過曲線平移和空間濾波完成。

（2）資料反演

采用SCS2D軟件模塊對經過數據編輯圓滑處理后以一維bostick反演結果作為初始模型進行二維反演得到二維反演結果，將上述程序反演生成的模型電阻率斷面轉換成Surfer網格化文件（或其它格式的文件），經編輯繪制成反演電阻率斷面圖，結合地質資料進行解釋分析。

4.AMT在貴陽軌道交通二號線隧道中的應用

通過對該區AMT勘探，經過資料處理，反演，最終得到一條二維反演地電斷面圖和地質解釋剖面圖（圖2 二維反演、地質解釋剖面圖）。通過二維反演我們可以快速、便捷、形象、直觀地顯示物探資料及其地質解釋。根據電阻率值得大小和組合形態，在這條電性斷面圖上，可以看到一個區域性斷層構造F和四個巖體破碎帶。通過對潛在隱患地帶增設三個驗證鉆孔為后續的施工可能出現的涌水，突泥等危害提供了可靠的技術支持和工程保障。

5.結論

結合AMT反演地電斷面圖和地質資料，能有效和快速的查明了場區內不良地質體的空間分布以及發育特征，為隧道的施工提供有力的地質依據。表面AMT在隧道勘探方面是一種經濟高效的手段，這對貴陽地區隧道勘察具有很好推廣意義。隨著科技的進步，和資料處理的完善，相信AMT會在更多領域發揮更大的作用。