EH4中隧道工程地質(zhì)勘察應(yīng)用
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摘要：分析研究區(qū)的地質(zhì)-地球物理特征，通過大地電磁測深（eh4）在隧道工程地質(zhì)勘察中的實例應(yīng)用表明：采用EH4大地電磁測深法開展并結(jié)合實地地形地貌特征進行工作布置，方法選擇正確，資料真實可靠，滿足勘察目的，查明了隧道構(gòu)造分布情況。
關(guān)鍵詞：大地電磁測深（EH4）；隧道工程；工程地質(zhì)勘察0引言大地電磁測深（EH4）勘察斷層的地球物理前提條件：較大斷裂存在一定寬度的破碎帶，使其與兩盤正常巖體之間存在一定的物性差異；斷裂使地層巖體出現(xiàn)錯動，斷層破碎帶與構(gòu)造擠壓影響帶、正常巖體的物質(zhì)狀態(tài)、組成之間應(yīng)存在較大差異，由于降雨時，第四系松散堆積層（碎石土）透水性良好，下伏基巖節(jié)理、片理發(fā)育，必然使斷裂破碎帶含水，具有一定規(guī)模的斷裂破碎帶表現(xiàn)為明顯的低阻條帶。從這些信息可以間接地推斷出斷層的性質(zhì)和其它參數(shù)。
1研究區(qū)地質(zhì)-地球物理特征
研究區(qū)主要地層巖性為第四系松散堆積層（碎石土）和泥灰?guī)r、砂巖、灰?guī)r及片巖。測區(qū)巖（土）體電阻率參數(shù)表.小于300Ω•m；泥灰?guī)r電阻率較低，而片巖、灰?guī)r電阻率較高，通常大于1000Ω•m；含水斷層破碎帶電阻率呈現(xiàn)急劇下降趨勢。這種構(gòu)造與圍巖體間的差異特征，因此研究區(qū)具備開展大地電磁法探測查找斷裂構(gòu)造的工作條件。為了在視電阻率成果圖中更直觀、明了地看出各種地電性變化及構(gòu)造特征，對測試原始數(shù)據(jù)進行如下公式計算：ρs=100×log10(ρ)，(1)式(1)中，ρs為經(jīng)過計算后的視電阻率值，Ω•m；ρ為測試電阻值，Ω•m。
2工作內(nèi)容
2.1工作方法
勘探采用儀器為StrataGemEH4電磁成像系統(tǒng)，該儀器使用交變電磁場，不受高阻層的影響，特別是高阻薄層。在沙漠、山前卵石層覆蓋區(qū)均能有效探測地下深部的地質(zhì)信息。每個測點工作結(jié)束后，現(xiàn)場提供電磁場功率譜、振幅譜、視電阻率、相位、相關(guān)度、一維反演等信息，以便檢查質(zhì)量，確保野外資料可靠，可采用EMAP法測量，即連續(xù)電磁陣列剖面法，其工作效率高[1]。根據(jù)勘察目的，結(jié)合工作現(xiàn)場對比試驗，本次EH4大地電磁測深選取最優(yōu)電極矩為20m，為確保數(shù)據(jù)質(zhì)量與工作實效，儀器采集分頻段進行，上述頻帶又分成三個頻組：一頻組：10Hz～1kHz；二頻組：500Hz～3kHz；三頻組：750Hz～100kHz，在本次數(shù)據(jù)采集過程中，對三個頻組的數(shù)據(jù)全部采集，且每個頻組采集疊加次數(shù)不少于8次，根據(jù)現(xiàn)場測試結(jié)果，對部分頻組進行多次疊加。
2.2采集方法
在數(shù)據(jù)采集之前進行平行試驗，在工區(qū)進行儀器自檢，確定儀器工作正常。所謂平行試驗是指將兩個電極相互平行擺放（如X方向），兩個磁棒也朝同一方向擺放（如Y方向），利用相同參數(shù)進行采集，經(jīng)試驗，兩個不同電極及磁棒所得的譜線圖一致，故所計算的視電阻率曲線也是一致的，儀器工作正常。在試驗工作結(jié)束后，開始數(shù)據(jù)采集工作。
3成果分析
3.1室內(nèi)資料整理
電磁法探測是根據(jù)電磁波在地下巖層中傳播時存在的時差性來反映地下介質(zhì)的物性差異，即地下介質(zhì)電場強度、磁場強度和相位的差異；資料處理就是依據(jù)電場強度、磁場強度和相位的差異計算視電阻率值和相位值。a)采用在野外實時獲得的時間序列Hy、Ex、Hx、Ey振幅進行FFT變換，獲得電場和磁場虛實分量和相位數(shù)據(jù)φHy、φEx、φHx、φEy，讀取@文件（該文件將文件號、點線號、電偶極子長度等信息建立起一一對應(yīng)關(guān)系），讀取Z文件（該文件是一個功率譜文件，包含頻率、視電阻率、相位）。通過ROBUST處理等，計算出每個頻率（f）點相對應(yīng)的平均電阻率（ρ）與相位差（φEH），根據(jù)趨膚深度的計算公式，將頻率-波阻抗曲線轉(zhuǎn)換成深度-視電阻率曲線進行可視化編輯；在一維反演的基礎(chǔ)上，利用EH-4系統(tǒng)自帶的二維成像軟件IMAGEM進行快速自動二維電磁成像，根據(jù)區(qū)域地質(zhì)情況進行數(shù)據(jù)的反復(fù)篩查，編輯病壞數(shù)據(jù)必要時剔除[2]；b)對每個頻率（f）點相對應(yīng)的平均電阻率（ρ）與相位差（φEH）數(shù)據(jù)進行初步處理分析后，采用商業(yè)MTsoft2D2.3大地電磁專業(yè)處理軟件進行二維處理。該軟件采用模塊開發(fā)，由數(shù)據(jù)管理模塊（DataManager）、正演模塊（MTForWardSoft）、數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊（MTPreSoft）、數(shù)據(jù)反演模塊（MT2DISoft）和反演結(jié)果顯示模塊（MTViewInvSoft）五部分組成。對測線數(shù)據(jù)進行總覽以后進行預(yù)處理后，執(zhí)行靜態(tài)校正和空間濾波；分別以BOSTIC一維反演結(jié)果和OCCAM一維反演結(jié)果建立初始模型，進行帶地形二維非線性共軛梯度法（NLCG）反演，獲得深度-視電阻率數(shù)據(jù)；c)對深度-視電阻率數(shù)據(jù)進行網(wǎng)格化，繪制頻率-視電阻率等值線圖，綜合地質(zhì)資料及現(xiàn)場調(diào)查情況，在等值線圖上劃出異常區(qū)，做出初步的地質(zhì)推斷。然后根據(jù)原始的電阻率單支曲線類型并結(jié)合已知地質(zhì)資料確定地層劃分標準，確定測深點深度，繪制視電阻率等值線圖，結(jié)合相關(guān)地質(zhì)資料和現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果進行綜合解釋和推斷；d)繪制剖面成果圖，用反演輸出的深度-視電阻率反演數(shù)據(jù)繪制出視電阻率等值線剖面圖。首先在Surfer軟件中繪制電阻率等值圖，再轉(zhuǎn)換到AutoCAD中，經(jīng)修整完成最后的成果圖，供分析、解釋。
3.2成果分析
資料分析依據(jù)地下地層間的物性差異。地層由于成因環(huán)境不同，同時受構(gòu)造運動的影響，從而在縱向和橫向上產(chǎn)生視電阻率和相位上的變化。巖層視電阻率值不僅與地層結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、成份、成因有關(guān)，還與其巖石的顆粒大小、密度、地下水含量等因素有關(guān)。通過視電阻率變化特征，可以推斷地下地層的分布規(guī)律、斷裂構(gòu)造等信息。a)，隧道設(shè)計線里程樁號K1+128～K1+184（地表里程樁號）/K1+086～K1+148（隧道洞身里程樁號），視電阻率值顯示為低電阻異常區(qū)，推測此處為含水斷層破碎帶F1，傾角約為73°，寬度約為62m，從電阻率形態(tài)推斷該斷層為正斷層。同時經(jīng)過里程樁號K1+095左13m出鉆孔驗證在該位置106m以下（由于鉆孔深度130m，斷層破碎帶未打穿）存在斷層破碎帶與物探推斷結(jié)果基本一致。施工時應(yīng)加強防護，以預(yù)防落石、塌方、等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。隧道設(shè)計線里程樁號K1+791～K1+872（地表里程樁號）/K1+678～K1+762（隧道洞身里程樁號），視電阻率值顯示為低電阻異常區(qū)，推測此處為含水斷層破碎帶F2。傾角約為75°，寬度約為75m，從電阻率形態(tài)推斷該斷層為逆斷層。隧道設(shè)計線里程樁號K2+570～K2+656（地表里程樁號）/K2+416～K2+498（隧道洞身里程樁號），視電阻率值顯示為低電阻異常區(qū)，推測此處為含水斷層破碎帶F3，傾角約為70°，寬度約為82m，從電阻率形態(tài)推斷該斷層為逆斷層。隧道設(shè)計線里程樁號K4+004～K4+088（地表里程樁號）/K4+050～K4+132（隧道洞身里程樁號），視電阻率值顯示為低電阻異常區(qū)，推測此處為含水斷層破碎帶F4，傾角約為80°，寬度約為82m，從電阻率形態(tài)推斷該斷層為正斷層。隧道設(shè)計線里程樁號K4+535～K4+612（地表里程樁號）/K4+560～K4+640（隧道洞身里程樁號），視電阻率值顯示為低電阻異常區(qū)，推測此處為含水斷層破碎帶F5，傾角約為103°，寬度約為80m，從電阻率形態(tài)推斷該斷層為正斷層.b)K0+950右50m～K1+250右50m，平行設(shè)計隧道線，目的為查證F1斷層平行設(shè)計隧道線K1+070右50m～K1+122右50m兩側(cè)電阻率存在較明顯的電性差異且電阻率等值線形態(tài)扭曲，推測F1斷裂由此通過，傾角約73°，寬度約52m，切割深度相對較大，從電阻率形態(tài)推斷該斷層為正斷層.
4結(jié)語
基本查明了斷裂構(gòu)造F1的展布特征，位于里程樁號K1+090～K1+142，同時與K1+070右50m～K1+122右50m位置斷層破碎帶位置相對應(yīng)，結(jié)合以上兩異常位置，推斷F1走向為NE28°，傾角為73°，寬度為52m，為一正斷層。物探勘察推斷出斷裂構(gòu)造F2～F5，由于工作量偏少未作其平行線路，同時覆蓋層較厚、無地質(zhì)露頭現(xiàn)象，故其斷層走向暫且無法判斷。實際應(yīng)用結(jié)果表明，采用EH4大地電磁測深法開展并結(jié)合實地地形地貌特征進行工作布置，方法選擇正確，資料真實可靠，滿足勘察目的，查明了隧道構(gòu)造分布情況。
參考文獻：
［1］尹劍，凌巍，林永燊.高頻大地電磁在深埋隧洞探測中的應(yīng)用［J］.水利規(guī)劃與設(shè)計，2015(9)：12-13.
［2］譚紅艷，呂駿超，劉桂香，等.EH4音頻大地電磁測深方法在鄂東南地區(qū)尋找隱伏礦體的應(yīng)用［J］.地質(zhì)與勘探，2011(11)：15-17.
作者:徐彬 單位:山西省煤炭工業(yè)廳煤炭資源地質(zhì)局