EH4電磁成像系統(tǒng)在高速公路隧道勘查中的應(yīng)用

■黃啟璋

（廣東省核工業(yè)地質(zhì)局二九三大隊(duì)廣東廣州 510800）

EH4電磁成像系統(tǒng)在高速公路隧道勘查中的應(yīng)用

■黃啟璋

（廣東省核工業(yè)地質(zhì)局二九三大隊(duì)廣東廣州 510800）

該文介紹了EH4電磁成像系統(tǒng)的原理、野外工作方法和資料處理，并將該方法應(yīng)用于某高速公路隧道的前期勘查中，收到了較好的效果，表明EH4電磁成像系統(tǒng)在高速公路隧道勘查中比較實(shí)用。

EH4 電磁成像系統(tǒng) 高速公路 破碎帶

1 前言

EH4電磁成像系統(tǒng)是由美國EMI公司和Geometrics公司聯(lián)合研制，被廣泛應(yīng)用于地下水、礦產(chǎn)、地?zé)嵋约肮こ痰刭|(zhì)調(diào)查等方面，并取得了較好的效果。EH4電磁成像系統(tǒng)在某隧道的前期勘查中的應(yīng)用，取得了較好效果。

2 EH4電磁成像系統(tǒng)的原理

EH4電磁成像系統(tǒng)（簡稱EH4）既可以用天然場的大地電磁信號，又可以使用人工場源的電磁信號，以此來獲得測量點(diǎn)下的電性結(jié)構(gòu)。

根據(jù)電磁場與地下介質(zhì)電阻率之間的關(guān)系，由垂直入射地面的平面電磁波在均勻大地介質(zhì)中時，通過測量相互正交的電場分量和磁場分量，利用式（1）和（2）可確定介質(zhì)的電阻率；若介質(zhì)為非均勻時，則計(jì)算的電阻率為視電阻率。

式中f是頻率，Hz；ρ是電阻率，Ω·m；E是電場強(qiáng)度，mv/km；H是磁場強(qiáng)度，nT。由此計(jì)算出不同頻率下的卡尼亞視電阻率和相位，可以確定地下巖層的電性結(jié)構(gòu)和地質(zhì)構(gòu)造。

電磁波在大地介質(zhì)中的穿透深度或趨膚深度（δ）與頻率有關(guān)，可由式（3）表示：

由上式可知，頻率較高的數(shù)據(jù)反映淺部介質(zhì)的電性特征，頻率較低的數(shù)據(jù)反映深部介質(zhì)的電性特征。因此，通過研究地表采集的電場和磁場信息，并由此計(jì)算出電阻率和相位，可反演出地下不同深度介質(zhì)的電性特征，這就是EH4觀測系統(tǒng)的方法原理。

3 野外工作方法

EH4電磁成像系統(tǒng)野外測量多采用剖面法。野外數(shù)據(jù)采集時，以測線方向?yàn)閤軸，垂直測線方向?yàn)閥軸，采用“十”字形方式布極（見圖1）。

圖1 EH4電磁成像系統(tǒng)野外工作布置圖

4 應(yīng)用實(shí)例

4.1 工區(qū)概況

某隧道隧址區(qū)屬于侵蝕低山丘陵區(qū)地貌，本次勘探的目的是查明隧道周圍的破碎帶、巖溶區(qū)發(fā)育情況，為安全施工提供必要的物探依據(jù)。

某隧道隧道場的地層結(jié)構(gòu)由新到老的順序依次為：第四系全新統(tǒng)（Qh），志留系下統(tǒng)（S1）薄層夾中厚層的砂質(zhì)頁巖和砂巖，奧陶系中、上統(tǒng)（O2+3）灰綠、紫紅色中厚層、厚層瘤狀泥灰?guī)r，奧陶系下同（O1）灰色中厚層、厚層灰?guī)r，寒武系上統(tǒng)（）薄層～中厚層灰色白云質(zhì)灰?guī)r。

從電性角度看，第四系覆蓋層粘土電阻率最低，大約幾十Ω· m；寒武系地層中，巖溶或溶蝕強(qiáng)烈發(fā)育一般由于富水或充填低阻粘土等物質(zhì)表現(xiàn)為中低阻特征，通常為n×10～n×102Ω·m；而完整的灰質(zhì)泥巖電阻率約為n×103Ω·m，較第四系覆蓋層、含水構(gòu)造帶和巖溶發(fā)育區(qū)的電阻率高約10倍以上。由此可見，該區(qū)具備開展電磁探測的地球物理前提。

4.2 資料解釋

根據(jù)EH4的探測資料，結(jié)合地質(zhì)條件和巖石的物性參數(shù)，可以推斷出各類不良地質(zhì)現(xiàn)象的空間分布特征。

圖2 某隧道EH4大地電磁測深電阻率等值線斷面圖

如圖2所示，從該隧道EH4大地電磁測深電阻率等值線斷面圖上可以看到：測區(qū)內(nèi)的視電阻率局部較低，一般在n×10～1000 Ω·m；有明顯的“V”或“U”字型、橢圓形或圓形低阻異常特征。

低阻異常Ⅰ位于點(diǎn)號160～300號點(diǎn)、標(biāo)高760～640之間，推測該低阻異常由裂隙發(fā)育引起的；低阻異常Ⅱ位于點(diǎn)號440～500號點(diǎn)、標(biāo)高740～680之間，異常大號里程方向未閉合，推測該低阻異常為巖溶引起，主要表現(xiàn)為溶蝕裂隙；在點(diǎn)號460附近電阻率等值線斜率出現(xiàn)畸變，推測為破碎帶(F1)引起，F(xiàn)1向大號點(diǎn)方向傾斜。破碎帶周圍局部巖溶裂隙發(fā)育。

5 結(jié)論

通過利用EH4電磁成像系統(tǒng)在某高速公路隧道勘查中的應(yīng)用，可以說明在復(fù)雜地形地質(zhì)條件下EH4電磁成像系統(tǒng)能夠取得較好的勘查效果，可對灰?guī)r地區(qū)的高速公路隧道的巖溶洞及斷裂構(gòu)造的賦存進(jìn)行超前的宏觀預(yù)測。

[1]李金銘、 羅延鐘.電法勘探新進(jìn)展 [J].北京：地質(zhì)出版社，1995.

[2]劉國棟、陳樂壽主編.大地電磁測深研究 [J].地震出版社，1984.

[3]柳建新、蔣玲霞等編著.EH4電磁成像系統(tǒng)在高速公路隧道工程勘察中的應(yīng)用[J].工程地球物理學(xué)報.2008年第06期.

[4]孫英勛編著.EH4電磁成像系統(tǒng)在高速公路長大深埋隧道勘察中的應(yīng)用研究[J].工程地質(zhì)學(xué)報.2005年2月.

P62[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-5-336-1