音頻大地電磁測(cè)深在四川樂(lè)山金口河隧道工程中的應(yīng)用研究

連宇明，殷家慧，楊國(guó)紅

（四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局攀西地質(zhì)隊(duì)，四川 西昌 615000）

音頻大地電磁測(cè)深（AMT）是基于大地電磁測(cè)深（MT）的一種地球物理探測(cè)方法，在油氣勘探、地質(zhì)找礦、隧道探測(cè)、環(huán)境噪聲抑制等方面都有很好的應(yīng)用[1，2]，在隧道的工程地質(zhì)勘察方面非常有效。上世紀(jì)五十年代初期，AMT 方法開(kāi)始提出并應(yīng)用，以大地電磁場(chǎng)（又稱(chēng)天然場(chǎng)）作為AMT 的場(chǎng)源，當(dāng)大地電磁場(chǎng)入射到地下時(shí)，一部分被介質(zhì)吸收衰減，一部分反射到地面，反射地面部分帶有反映地下介質(zhì)電性特征的電磁場(chǎng)信息。通過(guò)觀(guān)測(cè)地面上的電、磁場(chǎng)分量，可得到視電阻率（或相位）－頻率曲線(xiàn)。由相位－頻率曲線(xiàn)通過(guò)一定的反演方法可獲取地下不同深度的電阻率分布。本文利用該方法對(duì)四川省樂(lè)山市金口河隧道工程進(jìn)行了系統(tǒng)的勘察，取得了較好的認(rèn)識(shí)，對(duì)工程施工提供了依據(jù)。

1 工程地質(zhì)概況

金口河隧道工程進(jìn)口位于四川省樂(lè)山市金口河區(qū)楊村鄉(xiāng)巖門(mén)子附近，出口位于金口河區(qū)迎春村附近，出口鄰省道S306，隧道長(zhǎng)度大于8km，洞身段多無(wú)道路，交通不便。勘察隧道軸線(xiàn)段及其附近主要分布的是元古界前震旦系峨邊群（爛包坪組pt2l、枷擔(dān)橋組pt2j、茨竹坪組pt2c）、寒武系邛竹寺組、二疊系陽(yáng)新組地層，主要巖性為板巖、片巖、白云巖、大理巖、灰?guī)r，局部地段發(fā)育層斷層構(gòu)造破碎帶，板巖巖質(zhì)較軟，板理片理發(fā)育，較破碎-破碎。白云巖、灰?guī)r巖質(zhì)相對(duì)較堅(jiān)硬，碎裂狀構(gòu)造發(fā)育，易碎。總體而言隧道圍巖灰?guī)r、白云巖力學(xué)性質(zhì)較板巖片巖好。表層一般被第四系崩坡、殘坡積、強(qiáng)風(fēng)化層覆蓋，覆蓋層厚度達(dá)幾米～幾十米，下伏基以灰?guī)r、白云巖、板巖夾為主，局部地段夾砂巖、片巖。地下水多以基巖裂隙水和孔隙水為主，局部有溶洞水。

2 巖土地球物理特征

2.1 巖土物性特征

整體上視電阻率可分為特高阻（＞10000Ω·m）、高阻（10000Ω·m ～2000Ω·m）中高阻（2000Ω·m ～1000Ω·m）、中阻（1000Ω·m ～310Ω·m）、低阻（＜310Ω·m）五種類(lèi)型，特高阻反應(yīng)的是溶蝕空洞或完整的白云巖、灰?guī)r、大理巖的電性特征；高阻主要反應(yīng)的是白云巖、灰?guī)r、大理巖的電性特征；中高阻主要反應(yīng)的是碎裂白云巖、灰?guī)r、大理巖的電特征、中阻主要反應(yīng)的是板巖片巖的電性特征。低阻主要反應(yīng)的是巖性較破碎-破碎相對(duì)富水（視電阻率小于50Ω·m 時(shí)為富水）、溶蝕裂隙片理化發(fā)育或含炭質(zhì)較高時(shí)的電性特征。結(jié)合交通廳勘察地質(zhì)成果，宏觀(guān)上視電阻率的分布特征可反應(yīng)地層及構(gòu)造的空間展布特點(diǎn)。

2.2 巖土物性參數(shù)的影響因素

影響本測(cè)區(qū)巖層的視電阻率的主要因素是：巖性、地下水、構(gòu)造、板理片理節(jié)理裂隙發(fā)育程度、動(dòng)力變質(zhì)程度、孔隙度、破碎程度、炭質(zhì)含量等。

2.3 物性測(cè)試成果

物性標(biāo)本的采集與測(cè)試在野外進(jìn)行，主要取于先期施工的鉆孔巖芯，介于灰?guī)r、大理巖、白云巖其電阻率電性特征相近，故三者合并為一組采集樣品。取樣點(diǎn)及編號(hào)見(jiàn)工作布置圖，測(cè)試及統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)下表1。

表1 物性測(cè)試成果表

3 音頻大地電磁測(cè)深勘察成果及資料解譯

3.1 解譯原則

根據(jù)本次物探勘察獲得的視電阻率斷面圖，結(jié)合已收集到的地質(zhì)資料及成果，主要對(duì)隧道右線(xiàn)、送風(fēng)斜井的隧道圍巖進(jìn)行分級(jí)，解譯原則[5-8]：①隧道圍巖一般指隧道頂板以上垂直高度50m 至隧道底板以下垂直高度20m 范圍；②圍巖綜合分級(jí)按公路隧道圍巖分級(jí)進(jìn)行；③視電阻率并非圍巖分級(jí)的一個(gè)絕對(duì)指標(biāo)值，發(fā)育具一定規(guī)模的斷層破碎帶的隧道里程段一般劃歸Ⅴ類(lèi)；④金口河隧道H1-H6 AMT 斷面圖上圍巖分級(jí)類(lèi)別亦按第①條所述確定隧道圍巖范圍，不代表水平距離段的巖體類(lèi)別。橫斷面勘察成果與縱斷面有出入時(shí)主要參照縱斷面成果；⑤當(dāng)隧道圍巖為土質(zhì)圍巖時(shí)劃為Ⅴ類(lèi)；⑥隧道圍巖分級(jí)綜合多項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行，一般視電阻率小于50Ω.m 時(shí)劃為富水區(qū)。

3.2 分段解譯成果

本次物探勘察工程地質(zhì)成果分析、物探分段解譯節(jié)選描述，標(biāo)注于圖1 ～圖2 工程地質(zhì)概況物探解譯專(zhuān)行，在此不再贅述，僅就斷層構(gòu)造解譯說(shuō)明于后。其中K60+750 ～K61+000、K62+280 ～K62+850 里程段因地形原因未進(jìn)行物探勘察，介于物探成果的連續(xù)性和宏觀(guān)指導(dǎo)分析，該兩段基于分辯率降低的前提下給出了解譯成果，僅供參考。

3.3 斷層構(gòu)造解譯成果

F11：F11 視電阻率異常帶在物探剖面上分布于K66+260 ～K66+820 段，水平距離約560m，以K66+500 地面高程為0，鉛直深度約在420m 附近存在明顯的視電阻率梯度帶，由淺至深視電阻率由高阻向低阻快速遞減，推斷其為斷層破碎帶內(nèi)因?qū)鸬倪f度變化。鉛直深度420m ～1000m 段，視電阻率呈低阻（＜50Ω.m）大面積展布，推斷為破碎的富水的碳質(zhì)板巖片巖引起。深度0m ～420m，水平方向上看，在斷層破碎帶兩側(cè)亦產(chǎn)出明顯的由低阻向高阻在由高阻向低阻的梯度變化。結(jié)合區(qū)域地質(zhì)和構(gòu)造專(zhuān)項(xiàng)成果，推斷F11 斷層破碎帶存在，且規(guī)模較大，幾近直立。

F9：F9 視電阻率異常在物探剖面上分布于K63+720 ～K63+900 段，宏觀(guān)上呈陡傾（傾向小里程）、水平寬度平均約150m 寬的低阻帶，往深部超過(guò)隧道底板，低阻帶有收斂的趨勢(shì)，推斷引起低阻的原因主要為炭質(zhì)和巖性破碎富水引起，富水區(qū)帶沿F9 產(chǎn)出。根據(jù)鉆探成果，54.5m ～68.3m 存在炭質(zhì)板巖破碎帶，286m 以上為炭質(zhì)板巖、板巖夾較破碎大理巖，286m 至孔底為中風(fēng)化板巖夾輝長(zhǎng)輝綠巖。

結(jié)合鉆探和區(qū)域地質(zhì)成果，推斷F9 斷層相對(duì)而言規(guī)模不大，往深部延伸推斷受F9-1 的控制。受F9 的影響，地層較破碎，地下水空間上沿其流通，進(jìn)一步引起大理巖的溶蝕。F9 亦在送風(fēng)及排風(fēng)井上出露。

F9-1：F9-1 斷層水平投影在K63+250m 附近，鉛直深度0m ～32m 視 電 阻 率310Ω.m ～1000Ω.m，320m 以 下50Ω.m ～310Ω.m，視電阻率由高至低變化，淺部的相對(duì)高阻推斷為塊碎石和白云巖的電性特征，深部相對(duì)低阻反應(yīng)的是板巖、大理巖的電性特征，梯度變化不明顯。在剖面上呈相對(duì)高阻夾相對(duì)低阻，相對(duì)低阻帶以K63+250 為中心向深部延伸，至鉛直深度約400m 附近后轉(zhuǎn)而向大里程方向緩傾。推斷因F9-1 上盤(pán)上升引起。

結(jié)合區(qū)域地質(zhì)及構(gòu)造專(zhuān)項(xiàng)成果資料，推斷F9-1 為壓性斷層，破碎帶規(guī)模相對(duì)而言不大，傾向大里程方向，富水性中等，斷層上盤(pán)主要為峨邊群板巖夾大理巖，下盤(pán)淺部推斷為Zbd 燈影組碎裂白云巖，中深部地層為板巖夾大理巖。

F8：F8 視電阻率異常帶在物探剖面隧道洞身以上，展布于K61+650 ～K61+950段，相對(duì)低阻異常帶，視電阻率＜310Ω·m，近直立穿過(guò)隧道洞身后繼續(xù)向下往深部延伸。鉛直方向上，有梯度變化，水平方向上梯度變化非常明顯，特別是在隧道洞身段K61+850 ～K62+280 段梯度變化龍為明顯。

結(jié)合區(qū)域地質(zhì)及構(gòu)造專(zhuān)項(xiàng)和前人物探勘察成果，推斷F8 斷層為陡傾（傾向大里程）逆斷層，斷層上下盤(pán)推斷為邛竹寺組碎裂白云巖，斷層影響帶較寬，在隧道洞身附近斷層上盤(pán)推斷存在溶蝕導(dǎo)水區(qū)和或溶蝕空洞。

F7：F7 斷層水平投影位置推斷位于K61+70m 附近，視電阻率值在2000Ω·m ～310Ω·m，呈中～中高阻在水平和垂直方向上有變化，但梯度不陡，沿地形坡度產(chǎn)出的似層串珠狀相對(duì)低阻層至F7 附近后不連續(xù)，被F7 中斷，上盤(pán)局部產(chǎn)出低阻團(tuán)塊。中深部的中阻層沿F7 上盤(pán)運(yùn)動(dòng)方向向左上侵入。

結(jié)合結(jié)合區(qū)域地質(zhì)及構(gòu)造專(zhuān)項(xiàng)和前人物探勘察成果，推斷F7 為向大里程方向傾的逆斷層，上盤(pán)產(chǎn)出邛竹寺組中風(fēng)化白云巖，下盤(pán)產(chǎn)出二疊系陽(yáng)新組灰?guī)r。

4 結(jié)論

4.1 電阻率特征

視電阻率總體呈中低阻（局部高阻）的特點(diǎn)：中高阻主要反應(yīng)出圍巖主要以灰?guī)r白云巖為主或以板巖為主的特點(diǎn)；低阻主要反應(yīng)圍巖含炭質(zhì)，節(jié)理裂隙片理發(fā)育相對(duì)富水的特點(diǎn)；局部高阻為較完整的白云巖或溶蝕空洞，淺表高阻推斷由外界電磁干擾引起。

4.2 構(gòu)造特征

推斷隧道右線(xiàn)縱斷面有數(shù)條斷層（F7、F8、F9、F9-1、F11）通過(guò)，其中F9 亦通過(guò)了送風(fēng)井，斷層通過(guò)段，圍巖相對(duì)較破碎且富水，力學(xué)性質(zhì)相對(duì)較差。推斷K61+900 ～K62+280 段構(gòu)造、巖溶發(fā)育，局部里程段隧道底板以下有隱伏巖溶。復(fù)合褶皺主要發(fā)育于元古界前震旦系爛炮坪、枷擔(dān)橋、茨竹坪組（峨邊群pteb2）板巖、大理巖、片巖中。

4.3 工程施工建議

白云巖力學(xué)性質(zhì)相對(duì)較好，碎裂狀構(gòu)造發(fā)育，局部溶蝕裂隙發(fā)育富水；板巖易碎，力學(xué)性質(zhì)相對(duì)較差，施工應(yīng)引起重視。隧道出口處有土質(zhì)圍巖，進(jìn)口處為塊碎石，實(shí)際應(yīng)用時(shí)應(yīng)主要接合實(shí)際地質(zhì)情況。圍巖類(lèi)別分級(jí)建議綜合定為Ⅳ～V 類(lèi)，隧道右線(xiàn)、左線(xiàn)、通風(fēng)井物探剖面段內(nèi)推斷無(wú)采空區(qū)分布。

在工程設(shè)計(jì)時(shí)建議從區(qū)域上考慮地層展布特征和隧道圍巖進(jìn)口段K60+680 ～K63+450 段隧道圍巖主要為灰?guī)r、白云巖，其余里程段主要為峨邊群的板巖、片巖、大理巖、輝長(zhǎng)輝綠巖；斷層通過(guò)段巖性破碎，板巖易碎的工程地質(zhì)特點(diǎn)。建議針對(duì)物探異常帶及斷層和富水區(qū)進(jìn)行鉆探驗(yàn)證，以對(duì)勘察成果進(jìn)行必要的修正和補(bǔ)充。K62+280 ～K62+850 段是深切割段，為物探空白區(qū)，建議布設(shè)適當(dāng)勘察工程鉆孔。

物探視電阻率異常是一種宏觀(guān)的地質(zhì)體電性特征空間分布，視電阻率等值線(xiàn)并不代表絕對(duì)的地質(zhì)體空間大小，一般而言，物探異常均對(duì)地質(zhì)體有放大效應(yīng)，建議在設(shè)計(jì)應(yīng)用時(shí)結(jié)合地質(zhì)特征綜合考慮。