EH4在新疆某水利工程中的應(yīng)用

黃玉輝

（新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院勘測(cè)總隊(duì) 新疆 昌吉 831100）

1 前言

隨著國(guó)家西部大開發(fā)戰(zhàn)略的深入，新疆水利水電工程建設(shè)迎來了新的高潮，一些大中型項(xiàng)目相續(xù)立項(xiàng)，勘探工作有了新的變化，勘探深度向千米發(fā)展，為此對(duì)物探工作有了新的要求。新疆某引水工程為深埋長(zhǎng)隧洞工程，隧洞長(zhǎng)近300km，最大埋深近800m，要求物探對(duì)隧洞沿線衛(wèi)片判讀構(gòu)造進(jìn)行探查，查明構(gòu)造位置、寬度及延伸情況，并對(duì)沿線施工用水進(jìn)行調(diào)查配合探測(cè)。EH4音頻大地電磁成像是重點(diǎn)解決中深部范圍內(nèi)工程地質(zhì)問題的一種雙源型電磁數(shù)據(jù)自動(dòng)采集和處理系統(tǒng)，其探測(cè)深度大、分辨率高，受地形影響相對(duì)較小，能夠很好地探測(cè)和定位構(gòu)造。為此，我們引進(jìn)了EH4連續(xù)電導(dǎo)率剖面儀，工作中取得了初步成果，對(duì)后期勘探工作也有較大的指導(dǎo)意義。

2 方法原理及技術(shù)

EH4音頻大地電磁法是以巖石導(dǎo)電性差異為基礎(chǔ)的一種電磁測(cè)深法，利用了大地電磁的測(cè)量原理，配置了特殊的人工電磁波發(fā)射源，應(yīng)用在水利水電工程勘察中，可謂是近十幾年來發(fā)展起來的一種新的勘探方法。它是以天然場(chǎng)作為場(chǎng)源，輔以人工磁偶極子產(chǎn)生的高頻電磁場(chǎng)，來觀測(cè)正交的兩個(gè)電場(chǎng)分量（Ex，Ey）和磁場(chǎng)分量（Hx，Hy），進(jìn)而求得電場(chǎng)（XY）和磁場(chǎng)（YX）兩個(gè)方向上的視電阻率（卡尼亞電阻率）和阻抗相位及視電阻率隨深度變化的ρs～H曲線。然后通過對(duì)原始數(shù)據(jù)的編輯、空間濾波，形成頻率～視電阻率等值線，再經(jīng)過二維反演，得到二維反演斷面圖，確定大地的地電特征，結(jié)合地質(zhì)資料最終形成測(cè)試剖面解釋成果圖。

EH4音頻大地電磁法頻段觀測(cè)范圍較寬，高頻為 500Hz～100kHz，低頻為 10Hz～1000Hz，勘探深度隨頻率的降低而增大（電磁波在介質(zhì)中傳播的趨膚深度δ=503√（ρs/f），勘探深度 H=356√（ρs/f）），由上式可知，趨膚深度(δ)將隨電阻率(ρ)和頻率(f)的變化而變化，測(cè)量是在與地下研究深度相對(duì)應(yīng)的頻帶上進(jìn)行的。一般來說，頻率較高的數(shù)據(jù)反映淺部的電性特征，頻率較低的數(shù)據(jù)反映較深的地層特征。因此，在一個(gè)寬頻帶上觀測(cè)電場(chǎng)和磁場(chǎng)信息，并由此計(jì)算出電阻率和相位，可確定出地下地電剖面的電性特征和地下構(gòu)造，根據(jù)地形地貌特征布置成“十”字型、“L”字型或“T”字型。工作中各測(cè)點(diǎn)的電極距根據(jù)地形地物條件布置為10m～20m不等，點(diǎn)距根據(jù)探測(cè)目的體規(guī)模確定，為10m～100m不等，布極方向(Ex)順測(cè)線方向，（Ey）垂直于測(cè)線，磁傳感器（Hx）平行測(cè)線，（Hy）垂直于測(cè)線。野外工作數(shù)據(jù)采集布置見圖1。

EH-4接收系統(tǒng)及野外布置如圖1所示，前置放大器置于記錄采集點(diǎn)，工作中通常定義測(cè)線方向?yàn)閄方向，垂直于測(cè)線的方向?yàn)閅方向，電極Ex0和Ex1布置于記錄點(diǎn)X方向前后兩側(cè)，電極Ey0和Ey1布置于記錄點(diǎn)Y方向左右兩側(cè)，距離與電極Ex0和Ex1的距離相一致。磁棒Hx、Hy分別布置在平行于X方向和Y方向且水平的任意一位置，兩磁棒相距間隔至少5m，且遠(yuǎn)離接收機(jī)及前置放大器，如上述布置好后，則可啟動(dòng)接收機(jī)進(jìn)行觀測(cè)，并接收數(shù)據(jù)和記錄，利用相關(guān)度進(jìn)行數(shù)據(jù)質(zhì)量控制。

圖1 野外工作數(shù)據(jù)采集布置圖

圖2 卡麥里斷裂測(cè)試成果圖

圖3 f78號(hào)斷層測(cè)試成果圖

圖4 f13號(hào)斷層測(cè)試成果圖

圖5 水井探查斷層測(cè)試成果圖

3 工程實(shí)例

3.1 構(gòu)造探查

卡麥里斷裂是隧洞穿過的區(qū)域大斷裂，隧洞埋深500m，地質(zhì)推測(cè)為破碎帶寬度大于500m的構(gòu)造。巖性主要為凝灰?guī)r、凝灰砂巖及片理化凝灰?guī)r，較完整的基巖電阻率為500Ω·m～1200Ω·m。我隊(duì)分別于2013年和2014年在洞線穿過的卡麥里斷裂附近布置了兩條剖面，測(cè)試點(diǎn)距為50m，剖面長(zhǎng)度分別為2km、1.4km。

圖2：a為2013年沿洞線跨斷裂測(cè)試成果圖；b為2014年洞線微調(diào)后沿洞線跨斷裂測(cè)試成果圖。兩剖面相隔不遠(yuǎn)，剖面中部電阻率均呈低阻反映，電阻率值30Ω·m～200Ω·m，為異常反映，寬850m左右，根據(jù)地質(zhì)資料推斷為斷層破碎帶，切割深度大于600m。

f78號(hào)斷層在深埋洞線段，設(shè)計(jì)洞深在615m左右，地表地形為剝蝕丘陵地貌，地形起伏小，表層有較少植被。出露的基巖為石炭系片理化凝灰?guī)r，電阻率 1000Ω·m～1600Ω·m，剖面布置順洞線方向，測(cè)試點(diǎn)距為30m，剖面長(zhǎng)度為500m。

測(cè)試成果見圖3，剖面有低電阻率條帶狀異常反映，電阻率50Ω·m～300Ω·m且隨深度增加電阻率有小幅增大，推測(cè)該異常為斷層及影響帶的反映，地表斷層寬度約90m，陡傾，切割深度大于650m，穿過洞線處斷層寬度約為45m左右。

f13號(hào)斷層在洞線前段，設(shè)計(jì)洞深在247m左右，基巖為凝灰?guī)r，電阻率800Ω·m～1000Ω·m，剖面布置垂直斷層方向，測(cè)試點(diǎn)距30m，剖面長(zhǎng)度500m。

測(cè)試成果見圖4，剖面有低電阻率條帶狀異常反映，且寬度較大，電阻率300Ω·m～450Ω·m，隨深度增加變化不大，推測(cè)該異常為斷層及影響帶的反映，切割深度大于250m，受斷層傾角的影響，異常帶寬度反映較大。地質(zhì)開挖地表淺部斷層寬度約50m。

3.2 水井探查

由于是長(zhǎng)隧洞工程，隧洞施工布置有豎井工程，需要解決施工用水問題，布置了兩處水井探查測(cè)試其富水性。兩處水井均處于山前斷裂位置，地表有地下水滲出，蘆草茂密，基巖裸露，為凝灰質(zhì)砂巖。根據(jù)地質(zhì)要求布置了兩條測(cè)試剖面，測(cè)試點(diǎn)距為30m。

圖5為兩處水井測(cè)試成果圖，如圖a所示，2號(hào)水井剖面電阻率等值線呈層狀，沒有低電阻率的條帶狀異常反映，物探解釋判斷其斷裂屬擠壓性質(zhì)，富水性存在問題；如圖b所示，3號(hào)水井剖面前半部有較低電阻率的條帶狀異常反映，物探解釋判斷其為斷層破碎帶的反映，富水性較好，剖面后半部為物性不同的反映。據(jù)此布置水井鉆孔，孔深200m，2號(hào)水井抽水即干，水位恢復(fù)需要很長(zhǎng)時(shí)間，井下電視觀測(cè)整孔均在斷層破碎帶內(nèi)，斷層破碎帶充填物較多，透水性較差；3號(hào)水井獲得了很好的水量。

4 結(jié)論

（1）利用EH4電磁測(cè)深方法，測(cè)試深部構(gòu)造達(dá)到了預(yù)期效果，并經(jīng)后期開挖、鉆探工作驗(yàn)證，與實(shí)際情況基本吻合。

（2）EH4所測(cè)構(gòu)造反映均為陡傾角狀，與構(gòu)造產(chǎn)狀實(shí)際有出入，且緩傾角構(gòu)造測(cè)試也反映為陡傾角，其測(cè)試構(gòu)造影響范圍表現(xiàn)較大。

（3）EH4對(duì)淺部地層均反映為低電阻率，不適用于50m～60m內(nèi)的淺層勘探，工作中應(yīng)盡量采用多種物探手段，并結(jié)合開挖、鉆孔加以驗(yàn)證，使地質(zhì)成果更接近實(shí)際情況。陜西水利

[1]陳仲侯等.工程與環(huán)境物探教程[M]，地質(zhì)出版社，1993.

[2]中國(guó)水利電力物探科技信息網(wǎng)《工程物探手冊(cè)》[S]，2011.