EH4電磁測深法在隧道勘探中的應用

王 蔚

（江西省地質局二六六大隊，江西 南昌 330038）

EH4電磁測深法是目前較為常用的地球物理勘探手段之一，采用單點張量觀測方式，測量兩個相互正交的電場和磁場分量，接收大地電磁信號的頻率范圍為10 Hz～100 kHz。因此通過觀測不同頻率的電磁信號，可獲得不同深度的電性信息，結合已知地質資料和地層情況，便可解譯目標體的地質特征。被廣泛應用于工程勘察、地熱勘察以及礦產勘察等方面，取得了較好的效果。本文就EH4電磁測深法在文麻高速公路水井灣隧道（K56+075～K58+665）勘探應用中的實例進行說明。

1 基本原理

EH4電磁成像系統具有自動采集電磁數據的功能和先進的數據分析技術，是可控源音頻大地電磁法和大地電磁法的結合體，是一種全新概念的張量式電導率測量系統。它能夠同時采集天然場和人工場的信號并進行先進的數據分析，能觀測到離地表幾米至1000多米內的地質斷面的電性變化信息，觀測天然場源（10 Hz～100 kHz）成像反應出深部地質信息；觀測人工場（500 Hz～100 kHz）對天然訊號的補償，提高分辨率，從而獲得更精準的地質信息[1-6]。

2 工作方法

本次隧道勘探使用的儀器為美國EMI和Geometrics公司聯合生產的EH-4電導率成像系統，該系統是目前國際上一種先進的高頻大地電磁儀系統。音頻大地電磁測深原理基于大地電磁測深法原理，由電磁波在介質中傳播的特征可知，趨膚深度（即勘探深度）隨頻率的降低而增大。因此通過觀測不同頻率的電磁信號，可獲得不同深度的電性信息，結合已知地質資料和地層情況，便可解譯目標體的地質特征。電極布極方式主要為“+”字形，野外采集布極示意見圖1。

圖1 EH-4野外采集布極示意圖

3 工區概況及地球物理特征

根據鉆探揭露及地表調繪，隧址區地層主要為第四系全新殘坡積層(Q4el+dl)、石炭系下統大塘組（C1d）灰巖、泥盆系中統東崗嶺組（D2d）灰巖、寒武系下統沖莊組（E1ch）千枚巖。現由新至老將各層分述如下：

3.1 第四系全新統殘坡積層(Q4el+dl)

紅黏土：褐黃色、紅褐色，主要由黏粒組成，夾灰巖碎屑、角礫；無搖振反應，干強度高，韌性中等，切面稍有光澤，失水干裂。可塑-硬塑狀，土體多呈碎塊狀結構，表層見植物根系。該層主要分布于隧址區進出口斜坡底部谷地內，少量分布于灰巖溶蝕凹槽以及溶縫內，一般厚度0m～3m。視電阻率約為20Ω·m～500Ω·m，表現為低阻電性層。

3.2 石炭系下統大塘組（C1d）灰巖

中等風化灰巖：灰色，礦物成分主要為方解石，隱晶質結構，中厚層狀構造，勘察期間僅揭露中等風化帶，巖芯多呈柱狀，少量短柱狀及塊狀，局部可見寬2mm～6mm的溶蝕溶孔，內多由泥質充填，少量鈣質充填，巖質較堅硬，錘擊聲較清脆。視電阻率約為500Ω·m～4000Ω·m，表現為中阻電性層。

3.3 泥盆系中統東崗嶺組（D2d）灰巖

中等風化灰巖：灰色，礦物成分主要為方解石，隱晶質結構，中厚層狀構造，勘察期間僅揭露中等風化帶，巖芯多呈柱狀，少量短柱狀及塊狀，局部可見寬3mm～8mm的溶蝕溶孔，內多由泥質充填，少量鈣質充填，巖質較堅硬，錘擊聲較清脆。視電阻率約為500Ω·m～4000Ω·m，表現為中阻電性層。

3.4 寒武系下統沖莊組（E1ch）千枚巖

千枚巖：地表所見有硅化現象。視電阻率約為5000Ω·m～15000Ω·m，表現為高阻電性層。

4 成果解譯

在物性斷面解釋中，我們參考已知地質資料，分析了區域地質特點，考慮到可能不利于隧道施工和安全的地質現象，并研究了工區這些地質現象在視電阻率斷面圖中的異常特征，得出了各地層電阻率值，從而進一步分析各地層宏觀電阻率結構特點，以及電性變化情況。地球物理解釋的基礎是依據音頻大地電磁法視電阻率斷面圖(如圖2所示)，結合地質資料，并詳盡地分析野外實測原始曲線。

圖2 水井灣隧道視電阻率斷面圖

結合已知地質資料和鉆孔，從音頻大地電磁法的解譯推斷圖(如圖3所示)，解譯如下：①地表視電阻率較低，普遍小于500Ω·m，推測為第四系覆蓋層及全風化-強風化層，埋深在5m～40m之間；②第四系覆蓋層及全風化-強風化層之下為基巖，基巖的視電阻率變化較大，視電阻率范圍一般在500Ω·m ～ 15000Ω·m之間，最高可達20000Ω·m以上。

圖3 水井灣隧道解譯推斷圖

在K56+075～K57+580里程段，埋深800m～1000m及K58+110～K58+665里程段，埋深800m～1250m，視電阻率值在5000Ω·m～15000Ω·m之間，呈中阻特征，結合地質資料分析，推測為千枚巖。其余基巖推測為灰巖；在K56+275～K56+400里程段，視電阻率等值線存在低阻凹陷，結合地質資料分析，推測為斷裂構造Fs1，該斷裂向小里程樁傾斜，視傾角約為45°；在K56+725～K56+875里程段，視電阻率等值線存在低阻凹陷，結合地質資料分析，推測為斷裂構造Fs2，該斷裂向小里程樁傾斜，視傾角約為45°；在K57+375～K57+575里程段，視電阻率等值線存在低阻凹陷，結合地質資料分析，推測為斷裂構造Fs3，該斷裂向小里程樁傾斜，視傾角約為45°；在K57+975～K58+175里程段，視電阻率等值線存在低阻凹陷，結合地質資料分析，推測為斷裂構造Fs4，該斷裂向小里程樁傾斜，視傾角約為60°,該斷裂處巖溶較發育；在K58+275～K58+425里程段，視電阻率等值線存在低阻凹陷，結合地質資料分析，推測為斷裂構造Fs5，該斷裂向小里程樁傾斜，視傾角約為60°，該斷裂處巖溶較發育；在K56+575～K56+775里程段，埋深950m～1200m位置存在一電阻率高值異常，結合地質資料分析，推測為巖溶，此溶洞中未有充填物；在K56+875～K57+375里程段，埋深950m～1250m位置存在電阻率高值異常，視電阻率值為5000～1500Ω·m，結合地質資料分析，推測為巖溶，此溶洞中未有充填物。

5 結語

（1）根據音頻大地電磁測深視電阻率斷面圖推測覆蓋層厚度為5～40m，變化幅度較大。同時發現了5處斷裂構造，2處溶洞。

（2）根據音頻大地電磁法勘探成果，部分地段（如K56+275～ K56+400里程 段、K56+725～ K56+875里 程 段、K57+375～ K57+575里程段、K57+975～ K58+175里程段）、K58+275～ K58+425里程 段、K56+575～ K56+775里 程 段、K56+875～K57+375里程段等）隧道硐室處存在斷裂構造區、巖體破碎區，巖石完整程度較低，建議施工時加強防護，防止垮塌、掉落等危害。

（3）此次EH4電磁測深的勘探結果與實際地質情況基本吻合，這說明該方法在該地區的應用效果較顯著，這對今后的隧道勘探也具有重大的意義。