EH-4電磁測深法在某流域工程勘察中的應用分析

張 巍

（遼寧省水利水電勘測設計研究院有限責任公司，遼寧 沈陽 110006）

EH-4電磁測深法是一種基于平面波卡尼亞電阻率的混合場源（天然源+人工源）的頻率域大地電磁測深法。其原理與大地電磁測深法基本相同，是以地下不同巖性、礦石的導電性、導磁性及介電性為主要物性基礎，根據電磁感應原理，通過觀測電磁場的空間與時間分布規(guī)律，來研究地質構造、解決工程、環(huán)境、災害等地質問題的一類地球物理勘探方法[1]。EH-4電磁測深法可以適應復雜地形條件下的物探工作，具有設備輕便、工作效率高及不受地形影響等特點。本文就EH-4電磁測深法在某流域勘測工程中的應用進行分析探討。

1 工程概況

某跨流域引水工程部分設計線路穿越山區(qū)，工程設計為深埋隧道，為保證隧道施工安全，在工程勘察時需查明工程區(qū)內地下水分布特征，為工程設計及施工提供依據。

測區(qū)屬于丘陵山區(qū)，地形起伏，地表主要為田地、溝壑及低山。根據地質調查及相關資料可知，該區(qū)地層巖性較為復雜，層狀分布，按地層年代主要為上中下三層，上層為第四系覆蓋層，巖性主要為砂、礫石及粉質粘土等；中層為白堊系下統(tǒng)，巖性主要為火山角礫巖、玄武質安山巖以及礫巖等；下層為侏羅系中統(tǒng)，巖性主要為火山角礫巖、玄武質安山巖等。

根據已有地質資料可知，本工程區(qū)內的地下水賦存類型主要為松散巖類孔隙潛水、基巖裂隙水及構造裂隙水三種。

2 工程勘測

2.1 EH-4電磁測深法

EH-4觀測的基本參數為正交的電場分量（Ex，Ey）和磁場分量（Hx，Hy）的時間序列。地表電場和磁場水平分量的比值為平面波阻抗：Z=E/Y，兩組偏振波的波阻抗：Z=Ex/Hy=-Ey/Hx=ωμ/k，由波阻抗公式計算可得到卡尼亞電阻率：

由卡尼亞電阻率公式可知，電阻率隨頻率變化而變化，而電磁波的穿透深度或趨膚深度也與頻率有關。因此不同的頻率反應不同深度的電阻率。在不均勻層狀介質情況下計算得出的“電阻率值”稱為視電阻率。這是因為視電阻率是地下層狀介質電性參數分布的綜合反映，而非真實電阻率。電磁波在非大地介質中的穿透深度計算公式為：

在一個寬頻帶上測量E和H，并由此計算出不同頻率下的卡尼亞視電阻率和相位，進而分析地下巖層的電性結構和地質構造。

2.2 測線布置及工作方法

根據現場情況及勘探要求，沿設計隧道在未開挖段布置EH-4測線，測線長度分別為800 m和1000 m，測量點距20 m，電極距選擇20 m，工作模式為常用模式（不帶磁偶源發(fā)射系統(tǒng)），接收頻段分別為低頻段及高頻段，疊加次數選擇15次，信號不佳時加采中頻段。系統(tǒng)布置見圖1。

圖1 EH-4電磁測深法系統(tǒng)布置示意圖

3 勘測成果及分析

野外采集的EH-4數據經過處理并反演得到地下巖體的電阻率值，將計算得到的電阻率值繪制成斷面成果圖。

圖2為樁號27+500～28+300的EH-4大地電磁測深電阻率斷面成果圖。從成果圖中可以看出，在設計隧道高程存在4個低阻異常區(qū)，其中Y1異常值及范圍較大，該異常區(qū)隧道已開挖至27+623，開挖段共存在5處出水點，水量約為70 m3/h～80 m3/h，開挖段巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，推測本段洞室漏水原因為張性構造帶切割深度較大，構成了古風化殼賦水帶與洞室間的水系通道；Y2異常區(qū)的性質與Y1相似，但其水量相對較??；Y3與Y4電阻率異常值較小，且分布在同一相對低阻帶上，推測該低阻帶為巖性分界帶，節(jié)理裂隙發(fā)育且含水，水量相對較小。

圖2 EH-4大地電磁測深法（樁號27+500～28+300）電阻率斷面成果圖

圖3 EH-4大地電磁測深法（樁號30+750～31+750）電阻率斷面成果圖

圖3 為樁號30+750～31+750的EH-4大地電磁測深電阻率斷面成果圖。從成果圖中可以看出，在高程約250 m處存在一個近似水平的低阻帶，根據地質資料分析，該低阻帶為侏羅系與白堊系地層間不整合接觸，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體較破碎，為工程區(qū)內深部地下水的主要賦存空間。在設計隧道高程存在3個低阻異常區(qū)及1個構造異常區(qū)，其中Y5異常區(qū)隧道已開挖，開挖段存在多處出水點，水量約為400 m3/h～80 m3/h，出水主要為巖性接觸帶或節(jié)理裂隙出水，Y6、Y7異常區(qū)性質與Y5相似，均為巖性接觸帶及基巖裂隙水。樁號31+400附近存在一個近似直立的低阻異常帶，推測該異常為斷裂構造，且與上部不整合接觸帶相連通，該部位漏水量會比較大。

4 結論

（1）本次EH-4電磁測深工作較好的解決了隧道工程勘察中的地質問題，根據本次成果預測未開挖隧道的富水情況，為隧道施工及安全提供了依據；同時也證明了EH-4電磁測深法在深埋隧道工程地質勘察中具有良好的效果，可以被廣泛應用；

（2）通過實踐證明，EH-4電磁測深法與其他主動源電磁法不同，其在復雜地形條件下，采集到的數據不受地形影響，且與常規(guī)大地電磁測深法相比具有數據采集速度快，工作效率高的特點；

（3）EH-4電磁測深法與其他物探方法相似，在資料分析解釋時，需要與地質、鉆探成果相結合，才能提高物探數據解釋水平，將物探法在工程勘察中起到的作用最大化。