音頻大地電磁測深在四川樂山金口河隧道工程中的應用研究

連宇明，殷家慧，楊國紅

（四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局攀西地質(zhì)隊，四川 西昌 615000）

音頻大地電磁測深（AMT）是基于大地電磁測深（MT）的一種地球物理探測方法，在油氣勘探、地質(zhì)找礦、隧道探測、環(huán)境噪聲抑制等方面都有很好的應用[1，2]，在隧道的工程地質(zhì)勘察方面非常有效。上世紀五十年代初期，AMT 方法開始提出并應用，以大地電磁場（又稱天然場）作為AMT 的場源，當大地電磁場入射到地下時，一部分被介質(zhì)吸收衰減，一部分反射到地面，反射地面部分帶有反映地下介質(zhì)電性特征的電磁場信息。通過觀測地面上的電、磁場分量，可得到視電阻率（或相位）－頻率曲線。由相位－頻率曲線通過一定的反演方法可獲取地下不同深度的電阻率分布。本文利用該方法對四川省樂山市金口河隧道工程進行了系統(tǒng)的勘察，取得了較好的認識，對工程施工提供了依據(jù)。

1 工程地質(zhì)概況

金口河隧道工程進口位于四川省樂山市金口河區(qū)楊村鄉(xiāng)巖門子附近，出口位于金口河區(qū)迎春村附近，出口鄰省道S306，隧道長度大于8km，洞身段多無道路，交通不便?？辈焖淼垒S線段及其附近主要分布的是元古界前震旦系峨邊群（爛包坪組pt2l、枷擔橋組pt2j、茨竹坪組pt2c）、寒武系邛竹寺組、二疊系陽新組地層，主要巖性為板巖、片巖、白云巖、大理巖、灰?guī)r，局部地段發(fā)育層斷層構造破碎帶，板巖巖質(zhì)較軟，板理片理發(fā)育，較破碎-破碎。白云巖、灰?guī)r巖質(zhì)相對較堅硬，碎裂狀構造發(fā)育，易碎。總體而言隧道圍巖灰?guī)r、白云巖力學性質(zhì)較板巖片巖好。表層一般被第四系崩坡、殘坡積、強風化層覆蓋，覆蓋層厚度達幾米～幾十米，下伏基以灰?guī)r、白云巖、板巖夾為主，局部地段夾砂巖、片巖。地下水多以基巖裂隙水和孔隙水為主，局部有溶洞水。

2 巖土地球物理特征

2.1 巖土物性特征

整體上視電阻率可分為特高阻（＞10000Ω·m）、高阻（10000Ω·m ～2000Ω·m）中高阻（2000Ω·m ～1000Ω·m）、中阻（1000Ω·m ～310Ω·m）、低阻（＜310Ω·m）五種類型，特高阻反應的是溶蝕空洞或完整的白云巖、灰?guī)r、大理巖的電性特征；高阻主要反應的是白云巖、灰?guī)r、大理巖的電性特征；中高阻主要反應的是碎裂白云巖、灰?guī)r、大理巖的電特征、中阻主要反應的是板巖片巖的電性特征。低阻主要反應的是巖性較破碎-破碎相對富水（視電阻率小于50Ω·m 時為富水）、溶蝕裂隙片理化發(fā)育或含炭質(zhì)較高時的電性特征。結合交通廳勘察地質(zhì)成果，宏觀上視電阻率的分布特征可反應地層及構造的空間展布特點。

2.2 巖土物性參數(shù)的影響因素

影響本測區(qū)巖層的視電阻率的主要因素是：巖性、地下水、構造、板理片理節(jié)理裂隙發(fā)育程度、動力變質(zhì)程度、孔隙度、破碎程度、炭質(zhì)含量等。

2.3 物性測試成果

物性標本的采集與測試在野外進行，主要取于先期施工的鉆孔巖芯，介于灰?guī)r、大理巖、白云巖其電阻率電性特征相近，故三者合并為一組采集樣品。取樣點及編號見工作布置圖，測試及統(tǒng)計結果見下表1。

表1 物性測試成果表

3 音頻大地電磁測深勘察成果及資料解譯

3.1 解譯原則

根據(jù)本次物探勘察獲得的視電阻率斷面圖，結合已收集到的地質(zhì)資料及成果，主要對隧道右線、送風斜井的隧道圍巖進行分級，解譯原則[5-8]：①隧道圍巖一般指隧道頂板以上垂直高度50m 至隧道底板以下垂直高度20m 范圍；②圍巖綜合分級按公路隧道圍巖分級進行；③視電阻率并非圍巖分級的一個絕對指標值，發(fā)育具一定規(guī)模的斷層破碎帶的隧道里程段一般劃歸Ⅴ類；④金口河隧道H1-H6 AMT 斷面圖上圍巖分級類別亦按第①條所述確定隧道圍巖范圍，不代表水平距離段的巖體類別。橫斷面勘察成果與縱斷面有出入時主要參照縱斷面成果；⑤當隧道圍巖為土質(zhì)圍巖時劃為Ⅴ類；⑥隧道圍巖分級綜合多項指標進行，一般視電阻率小于50Ω.m 時劃為富水區(qū)。

3.2 分段解譯成果

本次物探勘察工程地質(zhì)成果分析、物探分段解譯節(jié)選描述，標注于圖1 ～圖2 工程地質(zhì)概況物探解譯專行，在此不再贅述，僅就斷層構造解譯說明于后。其中K60+750 ～K61+000、K62+280 ～K62+850 里程段因地形原因未進行物探勘察，介于物探成果的連續(xù)性和宏觀指導分析，該兩段基于分辯率降低的前提下給出了解譯成果，僅供參考。

3.3 斷層構造解譯成果

F11：F11 視電阻率異常帶在物探剖面上分布于K66+260 ～K66+820 段，水平距離約560m，以K66+500 地面高程為0，鉛直深度約在420m 附近存在明顯的視電阻率梯度帶，由淺至深視電阻率由高阻向低阻快速遞減，推斷其為斷層破碎帶內(nèi)因?qū)鸬倪f度變化。鉛直深度420m ～1000m 段，視電阻率呈低阻（＜50Ω.m）大面積展布，推斷為破碎的富水的碳質(zhì)板巖片巖引起。深度0m ～420m，水平方向上看，在斷層破碎帶兩側亦產(chǎn)出明顯的由低阻向高阻在由高阻向低阻的梯度變化。結合區(qū)域地質(zhì)和構造專項成果，推斷F11 斷層破碎帶存在，且規(guī)模較大，幾近直立。

F9：F9 視電阻率異常在物探剖面上分布于K63+720 ～K63+900 段，宏觀上呈陡傾（傾向小里程）、水平寬度平均約150m 寬的低阻帶，往深部超過隧道底板，低阻帶有收斂的趨勢，推斷引起低阻的原因主要為炭質(zhì)和巖性破碎富水引起，富水區(qū)帶沿F9 產(chǎn)出。根據(jù)鉆探成果，54.5m ～68.3m 存在炭質(zhì)板巖破碎帶，286m 以上為炭質(zhì)板巖、板巖夾較破碎大理巖，286m 至孔底為中風化板巖夾輝長輝綠巖。

結合鉆探和區(qū)域地質(zhì)成果，推斷F9 斷層相對而言規(guī)模不大，往深部延伸推斷受F9-1 的控制。受F9 的影響，地層較破碎，地下水空間上沿其流通，進一步引起大理巖的溶蝕。F9 亦在送風及排風井上出露。

F9-1：F9-1 斷層水平投影在K63+250m 附近，鉛直深度0m ～32m 視 電 阻 率310Ω.m ～1000Ω.m，320m 以 下50Ω.m ～310Ω.m，視電阻率由高至低變化，淺部的相對高阻推斷為塊碎石和白云巖的電性特征，深部相對低阻反應的是板巖、大理巖的電性特征，梯度變化不明顯。在剖面上呈相對高阻夾相對低阻，相對低阻帶以K63+250 為中心向深部延伸，至鉛直深度約400m 附近后轉而向大里程方向緩傾。推斷因F9-1 上盤上升引起。

結合區(qū)域地質(zhì)及構造專項成果資料，推斷F9-1 為壓性斷層，破碎帶規(guī)模相對而言不大，傾向大里程方向，富水性中等，斷層上盤主要為峨邊群板巖夾大理巖，下盤淺部推斷為Zbd 燈影組碎裂白云巖，中深部地層為板巖夾大理巖。

F8：F8 視電阻率異常帶在物探剖面隧道洞身以上，展布于K61+650 ～K61+950段，相對低阻異常帶，視電阻率＜310Ω·m，近直立穿過隧道洞身后繼續(xù)向下往深部延伸。鉛直方向上，有梯度變化，水平方向上梯度變化非常明顯，特別是在隧道洞身段K61+850 ～K62+280 段梯度變化龍為明顯。

結合區(qū)域地質(zhì)及構造專項和前人物探勘察成果，推斷F8 斷層為陡傾（傾向大里程）逆斷層，斷層上下盤推斷為邛竹寺組碎裂白云巖，斷層影響帶較寬，在隧道洞身附近斷層上盤推斷存在溶蝕導水區(qū)和或溶蝕空洞。

F7：F7 斷層水平投影位置推斷位于K61+70m 附近，視電阻率值在2000Ω·m ～310Ω·m，呈中～中高阻在水平和垂直方向上有變化，但梯度不陡，沿地形坡度產(chǎn)出的似層串珠狀相對低阻層至F7 附近后不連續(xù)，被F7 中斷，上盤局部產(chǎn)出低阻團塊。中深部的中阻層沿F7 上盤運動方向向左上侵入。

結合結合區(qū)域地質(zhì)及構造專項和前人物探勘察成果，推斷F7 為向大里程方向傾的逆斷層，上盤產(chǎn)出邛竹寺組中風化白云巖，下盤產(chǎn)出二疊系陽新組灰?guī)r。

4 結論

4.1 電阻率特征

視電阻率總體呈中低阻（局部高阻）的特點：中高阻主要反應出圍巖主要以灰?guī)r白云巖為主或以板巖為主的特點；低阻主要反應圍巖含炭質(zhì)，節(jié)理裂隙片理發(fā)育相對富水的特點；局部高阻為較完整的白云巖或溶蝕空洞，淺表高阻推斷由外界電磁干擾引起。

4.2 構造特征

推斷隧道右線縱斷面有數(shù)條斷層（F7、F8、F9、F9-1、F11）通過，其中F9 亦通過了送風井，斷層通過段，圍巖相對較破碎且富水，力學性質(zhì)相對較差。推斷K61+900 ～K62+280 段構造、巖溶發(fā)育，局部里程段隧道底板以下有隱伏巖溶。復合褶皺主要發(fā)育于元古界前震旦系爛炮坪、枷擔橋、茨竹坪組（峨邊群pteb2）板巖、大理巖、片巖中。

4.3 工程施工建議

白云巖力學性質(zhì)相對較好，碎裂狀構造發(fā)育，局部溶蝕裂隙發(fā)育富水；板巖易碎，力學性質(zhì)相對較差，施工應引起重視。隧道出口處有土質(zhì)圍巖，進口處為塊碎石，實際應用時應主要接合實際地質(zhì)情況。圍巖類別分級建議綜合定為Ⅳ～V 類，隧道右線、左線、通風井物探剖面段內(nèi)推斷無采空區(qū)分布。

在工程設計時建議從區(qū)域上考慮地層展布特征和隧道圍巖進口段K60+680 ～K63+450 段隧道圍巖主要為灰?guī)r、白云巖，其余里程段主要為峨邊群的板巖、片巖、大理巖、輝長輝綠巖；斷層通過段巖性破碎，板巖易碎的工程地質(zhì)特點。建議針對物探異常帶及斷層和富水區(qū)進行鉆探驗證，以對勘察成果進行必要的修正和補充。K62+280 ～K62+850 段是深切割段，為物探空白區(qū)，建議布設適當勘察工程鉆孔。

物探視電阻率異常是一種宏觀的地質(zhì)體電性特征空間分布，視電阻率等值線并不代表絕對的地質(zhì)體空間大小，一般而言，物探異常均對地質(zhì)體有放大效應，建議在設計應用時結合地質(zhì)特征綜合考慮。