EH4大地电磁测深法在重庆北联络线右线隧道勘探中的应用

　　摘要:随着仪器采集精度的提高，分析、反演解释技术的长足进步以及铁路隧道勘探的需要，出现了EH4大地电磁深测法。EH4大地电磁深测法自出现以来获得了不断的完善发展，并在实践中被证明是勘探铁路隧道的有效方法。
　　关键词:大地电磁测深法;铁路隧道勘探;地球物理勘探
　　0引言
　　电法勘探包括几何电阻率法（常规的直流电法）、激发极化法、自然电场法、充电法以及电磁法等。电磁法中的频率域电磁法包括CSAMT、AMT、MT以及EH4。上述频率域电磁法的工作频率范围分别是0.25Hz～10KHz、1Hz～20kHz、0.001Hz～340Hz以及10Hz～100KHz。由于工作频段的不同，上述各勘探方法的勘测深度也是不一样。对于浅埋深的重庆北联络线右线隧道，可以考虑采用工作频段高的EH4仪器进行隧道勘探。
　　EH4仪器是通过同时对一系列当地电场和磁场波动的测量来获得地表的电阻抗。这些野外测量要经过几分钟；经傅立叶变换以后以能谱存储起来。这些通过能谱值计算出来的表面阻抗是一个复杂的频率函数，在这个频率函数中，高频数据受到浅部或附近的地质体的影响，而低频数据受到深部或远处地质体的影响。一个EH4测量给出了测量点以下垂直电阻率的估计值，同时也表明了在测量点的地电复杂性。在那些点到点电阻率分布变化不快的地方，电阻率的探测是一个对测量点下地电分层的一个合理估计。
　　EH4可以有效的用于地下水调查、环境的地下特征调查、矿产与地热勘探及工程研究。因为该仪器的供电电池既灵巧致密又便携，所以即使在崎岖的山区和恶劣的地区也能顺利的操作和工作，EH4采集系统的快速采集速度和便携性为勘察设计提供了灵活性。表面阻抗可以很快的以电阻率的形式显示出来，也可以一组组处理，并实时在剖面中呈现出来，这种实时显现的灵活多样性能够让调查者根据对初步处理和测量结果的分析而改变测量设计。
　　随着科学技术的发展，EH4大地电磁测深法勘探技术，得到了快速的发展并且得到物探专家的重视。仪器设备的不断更新换代，系统能力的提升以及新方法新技术的出现，使得EH4大地电磁法具备了直接勘探铁路隧道的能力。
　　1EH4大地电磁法在重庆北联络线右线隧道勘探中应用的可行性分析
　　(1)地貌概况
　　重庆北联络线右线隧道通过的地段位于中梁山山脉中部，中梁山位于四川盆地的东南部，属嘉陵江、长江侵蚀河谷发育的低山丘陵地区，地形受构造及岩性的控制，在中梁山背斜两翼，可溶岩与砂、泥页岩相间分布，形成北北东向延伸的三条平行山脊（山岭）和两条岩溶槽谷（东槽谷、西槽谷）相间的“笔架形”平行岭谷地貌景观。
　　(2)地质概况
　　地层岩性：测区上覆第四系全新统坡残积（Q4dl+el）粉质黏土等；下伏基岩为三叠系上统须家河组（T3xj），中统雷口坡组（T2l），下统嘉陵江组（T1j）、地层。地质构造：测段内发育一条褶皱：观音峡背斜，以及派生的小褶曲、小断层、节理裂隙等。
　　(3)地球物理特征
　　EH4大地电磁测深法基于地层岩性或地质构造的电阻率值大小或差异以及其在地下的展布形态来划分地下地质体及其空间分布。影响地质体电阻率大小的主要因素有地质体的矿物成分、结构、构造及含水情况等。根据经验统计和该隧道所在区的地球物理反演结果分析，得出各地层的电阻率值（见表-1）。
　

物性参数统计表

　　由表-1可知，较完整岩体与破碎、软弱岩体及岩溶强烈发育区之间存在一定的电性差异，因此该隧道具备开展EH4法的地球物理勘探前提条件。
　　综上所述，由于勘探区具有上述地貌概况、地质概况以及地球物理特征，同时该隧道埋深浅，因此选用整套仪器设备轻便、观测时间短的EH4大地电磁测深法勘探隧道更为有效。通过采集、处理以及资料反演解释EH4数据，可以探测：
　　(a)可溶岩与非可溶岩的分界线；
　　(b)断层的产状及破碎带的宽度和深度；
　　(c)岩溶洞穴、暗河、软弱带及富水带的埋深和规模。
　　本文EH4大地电磁深测法是以判释重庆北联络线右线隧道洞身高程范围内的资料为重点，达到有效勘探该遂道的目的。
　　2EH4大地电磁测深法勘探重庆北联络线右线隧道的意义
　　根据前文叙述，选择EH4大地电磁测深法可以达到勘探该隧道的目的。选择该勘探方法是基于以下理由：
　　(1)EH4勘探精度的提高，为该方法进行铁路隧道勘查准备了先决条件。70年代美国应用高频电磁测深法寻找地下水，地热等资源[1][2]。虽然当时高频电磁测深法在地热勘探上已取得了一些成功，但使用该方法时还是遇到些困难，如在数据采集，数据分析和解释等方面。40年来，随着仪器灵敏度与数据处理速度的日益提高，以及分析和反演解释技术的长足进展，大大提高了EH4大地电磁测深法的有效性和可靠性。大地电磁测深法仪器设备经过不断的技术创新和改良，已日趋完善成熟，出现了美国EMI和Geometrics公司联合生产的StratagimTMEH-4电导率成像系统（简称EH-4)，加拿大凤凰地球物理有限公司生产的新一代多功能电法仪V8系统MTU-5A（MT,高频电磁测深法功能)，以及美国ZONGE公司生产的GDP-32II全功能电法仪等新产品。本文研究中所使用的大地电磁测深法原始资料是由美国EMI和Geometrics公司联合生产的StratagimTMEH-4电导率成像系统采集的。该系统既可作单点测深又可做连续剖面观测，点距、频点密集，能较充分地反映地下的地质信息；也可在现场实时提供电磁场功率谱、振幅谱、视电阻率、相位、相关度、一维反演等信息，以便检查质量，确保野外资料可靠；同时在现场可给出连续剖面(至少三个相邻测点)的拟二维反演结果。
　　(2)数据处理速度、分析和反演技术的长足进步大大提高了联合勘探法的有效性和可靠性。EH4采用了Robust处理、Bostick反演、二维连续介质反演等方法。
　　上述条件的出现使得应用EH4大地电磁测深法勘探浅埋深铁路隧道得以实现。该勘探法具有如下重要的意义：在电法勘探不断发展的情况下，提供一种迫切需要并适合于各种地貌景观、简便易行、有效的新技术手段，EH4的出现顺应了这一潮流，为特定地貌条件下的铁路、公路隧道勘探问题提供了新思想。采用电磁异常信息，通过研究其异常特征，有效勘探目标体，拓展了隧道勘探思路。
　　3EH4大地电磁测深法在重庆北联络线右线隧道勘探中的应用效果分析
　　根据上述分析，实践中采用EH4大地电磁测深法对重庆北联络线右线隧道进行勘探，通过对该区EH4数据资料的分析、反演，最终得到了重庆北联络线右线隧道电阻率断面图（图1）以及重庆北联络线右线隧道物探及地质成果断面图（图2）。图1中，红色、黄色、绿色、蓝色以及深蓝色分别表示EH4电阻率异常值大小由大到小。图中隧道地表上覆第四系全新统坡残积粉质黏土，电阻率断面图上，洞身附近等值线分布较凌乱，说明围岩总体上较破碎。
　　

重庆北联络线右侧图

　　根据电阻率值大小并结合异常形态，本文将低阻异常分为Ⅴ、Ⅳ、Ⅲ三个等级，其中，Ⅴ级异常电阻率值小于100Ω.m，对应极破碎、极软弱或富水岩体或岩溶强烈发育区；Ⅳ级异常电阻率值100～320Ω.m，对应破碎、软弱或含水岩体或岩溶中等发育区；Ⅲ级异常电阻率值320～800Ω.m，对应较破碎岩体或岩溶发育区；而电阻率值大于800Ω.m的区域为物探Ⅱ级区域，对应较完整岩体。图2中，其中需要特别注意的是：在CBLYDK0+544～+581、CBLDK0+693～+717、CBLYDK0+815～+955、CBLYDK1+080～+126、CBLYDK1+560～+583和CBLYDK1+713～+815等六段洞身附近，电阻率极低，等值线下凹畸变，为岩溶强烈发育或岩性变化所致的岩体极破碎、极软弱的电性反映，因此在施工中需要特别注意预防涌水、突泥和塌方。
　　4结语
　　实践中EH4勘探成果与实际地质情况以及地物理物特征相吻合，这说明E#p#副标题#e#H4大地电磁深测法在该区实践应用效果明显，勘探的结果反映了实际地质情况，这对今后重庆地区铁路隧道勘察也具有很大的意义。随着EH4大地电磁深测法的进一步完善发展，仪器采集精度的提高，分析、反演解释技术的长足进步，我们有理由相信该方法勘探铁路工程隧道必将获得更为广阔的空间。
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